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非调质合金结构钢 (non-quenched and tempered alloy structural steel)

非调质合金结构钢(non-quenchedandtemperedalloystructuralsteel)

精密钢管

不经过调质处理即可达到调质钢性能的新型合金结构钢。所添加的合金元素有两类:(1)微合金元素铌、钒、钛、氮等,可产生弥散的碳氮化物。(2)提高低碳钢的淬透性的合金元素锰、钼、硼,可获得低碳贝氏体或低碳马氏体组织。这类钢只经锻造或轧制后控制冷却,就可达到调质钢所要求的强度和韧性水平,可直接加工成零件,具有很高的经济效益和社会效益。

根据使用组织状态不同,非调质结构钢可分为:铁素体-珠光体型中碳微合金非调质钢;低碳贝氏体和低碳马氏体型合金非调质钢。它们各自的代表性牌号及其主要力学性能示于表1。

表1各种非调质钢的代表性牌号和力学性能
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非调质钢中所添加的两类合金元素有着不同的作用。微合金元素铌、钒、钛可抑制奥氏体再结晶,阻止奥氏体晶粒长大,在奥氏体转变产物中形成弥散相Nb(C,N)、V(C,N)、(Nb,V)(C,N)等,起沉淀强化作用,细化铁素体和珠光体组织。可以提高钢的强度和韧性。

锰、钼、硼推迟过冷奥氏体分解时的先共析铁素体转变和珠光体转变,使得在锻、轧后冷却时得到低碳贝氏体或低碳马氏体组织,发挥相变强化作用

铁素体-珠光体型中碳微合金非调质钢在中碳锰合金钢的基础上,加入微合金元素。其代表钢种为35MnVN、35MnVNb、32Mn2SiV、45CrMnVNb、49MnVS3、s1000(47MnVNb)等。成分确定之后,热变形及控制冷却工艺是影响铁素体一珠光体型中碳微合金非调质钢的显微组织和力学性能的关键因素。加热时,钢中的微合金相溶于奥氏体的温度分别为:VC900℃、V(C,N)1100℃、Nb(C,N)1250℃、TiC1250℃、TiN高于1400℃。要使钢的强度增加,必须有足够量的沉淀强化相析出,因而加热温度要高于1200℃才能保证足够的铌、钒、钛溶于奥氏体,而未全溶的Nb(C,N)和TiN又起到阻止晶粒长大的作用。热变形时,钢中奥氏体将发生形变和再结晶。形变温度在950℃以上时,可借助动态再结晶,使奥,氏体晶粒细化,其尺寸可控制在20肛m以下。在950~850℃范围,动态再结晶难以进行,应变诱导析出在奥氏体中进行,奥氏体中的形变积累和应变诱导析出的细小碳氮化物都成为先共析铁素体和珠光体的形核有利位置,冷却时得到细小的先共析铁素体晶粒,细化珠光体团和珠光体片层,从而改善了韧性和延性。由于显微组织细化对强度的贡献弥补了因应变诱导析出对铁素体中沉淀强化的削弱,故强度变化不大。但形变终止温度过低,钢的形变抗力增大,加大了对设备和模具的负荷,要掌握适度

控制冷却速度可以通过改变相变温度,控制先共析铁素体的含量和V(C,N)、Vc、Nb(C,N)的细小程度和分布,故在800~500℃之间冷却速度的控制最为重要。适当提高冷却速度,可推迟相变,减少先共析铁素体量,细化先共析铁素体和珠光体组织,控制钢的强度、韧性和延性

在汽车制造业,铁素体一珠光体型微合金非调质钢中,含钒系钢韧性较低,用于制造曲轴、连杆等部件。钒铌系钢的韧性较高,可制造传动的联轴节臂、前轴、联动节等

低碳贝氏体和低碳马氏体型合金非调质钢铁素体一珠光体型中碳微合金非调质钢的屈服强度的极限为550~650MPa,冲击韧性偏低。对要求安全可靠的部件,要求更高强度和韧性的配合。提高韧性可降低钢中的碳含量,由此造成强度的损失可通过加入合金元素得到贝氏体或马氏体的相变强化来补偿,其强度高于铁素体一珠光体型中碳微合金非调质钢,并且有优良的室温和低温韧性。若再加以微合金化(如加铌)细化晶粒,可进一步提高韧性,得到诱人的强度和韧性的组合。

在低碳范围内增加碳和锰的含量,均有利于增加钢中贝氏体的含量,在空冷时得到低碳贝氏体。为防止发生先共析铁素体和珠光体相变,还需要加入推迟上述两种相变而较少推迟贝氏体相变的钼、铌、钒和硼,以合理的锰、钼、硼相互配合。这类钢通过控制较快的冷却,可以得到低碳马氏体组织,进一步提高强度和韧性。添加微合金元素铌可细化奥氏体晶粒提高韧性

低碳贝氏体型合金非调质钢的典型钢种为12Mn3B,锻后空冷后可得到低碳粒状贝氏体组织。低碳马氏体型合金非调质钢的典型钢为BHS系列,含有0.05%~0.25%C、1.6%~2.0%Mn、0.40%~0.50%Mo、0.05%Nb。其中BHS-1钢在热锻后空冷或直接淬火,然后不再经过任何热处理即可制造零件。BHS-1钢锻后空冷得到贝氏体+马氏体+铁素体混合组织。若经直接淬火得到低碳马氏体组织。这种钢有较好的室温和低温韧性,优良的疲劳性能,用以制造汽车的车轴、转向联动节、下操纵杆等,还可用于冷镦、冷拔,制造高强度紧固件。


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