发展战略-微合金非调质钢的发展及现状 精品
微合金非调质钢的发展及现状
刘瑞宁1，2，王福明1，李强2
(11北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；21石家庄钢铁公司技术中心，河北石家庄
050031)
摘要:介绍了微合金非调质钢的发展及其应用现状，开发微合金非调质钢符合钢铁产业发展政策和石钢公司的“边缘-精进”战略。
关键词:微合金；非调质钢；发展；应用
1前言
石家庄钢铁有限责任公司是中国汽车用钢(棒材)专业化生产企业，现年产钢能力近260万t，产品结构以优质碳素结构钢、合金结构钢、齿轮钢、轴承钢等五大系列汽车用钢(棒材规格为Φ14～180mm)为主，其热轧汽车棒材主要供锻造厂锻造成汽车零配件(如汽车前桥、半轴、转向节、发动机曲轴、连杆等)。微合金非调质钢是一种理想的节约能源、节约资源的经济型新材料，符合钢铁产业发展政策要求，其用途十分广泛:凡是加工过程中需要调质的钢(如45，40Cr等)均可用非调质钢替代；省略调质工序，可省去占调质钢生产总成本6%的热处理(淬火+高温回火)费用，德国人估计用49MnVS3非调质钢代替调质钢做连杆可节约总成本的38%。日本爱知公司分析，微合金非调质钢因省略调质处理这一工序，就可使热锻产品的成本降低18%[1]。
2微合金非调质钢的发展
微合金非调质钢强化机理不同于调质钢。调质钢是将轧、锻后钢材重新加热淬火再经高温回火获得所需组织性能。而微合金非调质钢是在轧制温度下，使钢中V，Nb，Ti等合金碳氮化合物较充分溶入奥氏体，使奥氏体充分合金化，在轧、锻冷却过程中析出大量微细弥散分布的合金碳氮化合物，并发生沉淀强化及先共析铁素体呈细、小、弥散析出，分割和细化奥氏体晶粒使钢的强度与硬度增加，基体组织显著强化。为此，获得相当调质钢经调质处理后的综合力学性能，由于省去了调质处理工序，因此称之为微合金非调质钢。
2.1国外微合金非调质钢的开发及应用
20世纪60年代发展起来的微合金化技术为非调质钢的产生提供了理论和生产基础，70年代初期发生的能源危机直接促成非调质钢的出现及发展。1972年德国THYSSEN公司开发了第一个非调质锻钢49MnVS3(铁素体-珠光体，抗拉强度850MPa)取代了调质CK45钢制造汽车曲轴，提高了锻件成品率、切削加工性能、疲劳
性能、生产效率，降低了成本，此钢种很快在德国、瑞典等欧洲国家用于汽车曲轴、连杆等锻件的生产。德国奔驰汽车曲轴使用非调质钢代替40CrMn调质钢制造，瑞典Volvo汽车制造厂在20世纪90年代初期年用量就3万多吨，其目标是除渗碳件外，所有锻件全部采用非调质钢生产。随后英国钢铁公司建立了Vanard(850～1100MPa)热锻用非调质钢系列，法国SAFE公司开发了一系列METASAFE钢(800～1000MPa)[2]。此外，美国福特、意大利菲亚特及俄罗斯伏尔加汽车都采用非调质钢制造汽车的曲轴、连杆等零件。近年来日本研究微合金非调质钢最为活跃，处于世界先进水平，新日铁、神户制钢、爱知制钢、山阳特殊制钢等相继建立了自己的微合金非调质钢系列，广泛应用于汽车的行走部件和汽车发动机的曲轴、连杆锻造等。
2.2中国微合金非调质钢的开发进程
中国微合金非调质钢的开发在“六五”起步，“七五”列入国家攻关项目，“八五”期间进行了重点推广工作，“九五”和“十五”主要是面向轿车用非调质钢的开发并扩大非调质钢的应用数量和范围。石钢自20XX年开始进行非调质钢的研究和开发工作，主要进行了SG45、F40MnV和36Mn2V等微合金非调质的生产，产量实现6200吨，主要用于机械行业和无缝钢管的生产。
微合金非调质钢先后经历了铁素体-珠光体型组织(第一代)、低碳贝氏体组织(第二代)和低碳马氏体组织(第三代)三个阶段的发展[3]。与调质钢相比，传统热锻用非调质钢的强度有余而韧性不足，限制了它在强冲击条件下的应用，因此，非调质钢的发展重点是在保证强度的基础上提高韧性。近年来，冶金科技工作者为了提高微合金非调质钢韧性开发并应用了一系列新技术，完善了微合金非调质钢的产品系列。
(1)铁素体-珠光体型微合金非调质钢。铁素体-珠光体型微合金非调质钢目前用量最大，约占总用量的60%以上。为了利用碳化物析出强化来达到所要求的高强度，通过增加碳含量来增加组织中珠光体的百分数，因此韧性难以满足要求。为此，应用了一系列新技术来提高铁素体-珠光体微合金非调质钢的韧性。
晶粒细化技术。细化晶粒能有效提高钢的韧性，而且能保持高强度。非调质钢中常加入铝、钛等元素，通过析出细小的氮化铝、氮化钛来钉扎奥氏体晶界，防止加热时晶粒长大或抑制形变过程中的奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。成分为0.32C-1.0Mn-0.12V-0.024Ti的非调质钢加热到1250℃时，奥氏体晶粒仍能保持在5级以上，就是因为均匀分布的粒径0.1μm的氮化钛颗粒起到了钉扎奥氏体晶界、防止晶粒粗化的作用。
晶内铁素体技术。非调质钢锻件在冷却过程中发生相变时，铁素体易沿奥氏体晶界首先形核长大，随后奥氏体的其余部分转变为珠光体。如果沿珠光体晶粒形成网状铁素体就会严重损害钢的韧性。日本钢铁公司的研究人员发现[4]，通过适当控制生产工艺，在奥氏体晶内提供大量铁素体形核位置，则相变时铁素体不仅在晶界上形核，也能在奥氏体晶内形成，故能得到细小且分布均匀的铁素体，使钢的韧性显著提高。
IGF的析出与MnS以及MnS上析出的VN或TiN粒子有关，而MnS的析出与分布又与钢中微细氧化物核心有关，因此钢中氧化物的特征、种类、数量、大小就决定了MnS的数量和大小。脱氧元素不同，所形成氧化物的种类、数量及分布都不一样，钢中的硫含量要在0.06%左右，有利于析出IGF。硫在此处的目的不是改善
切削性能，而是为了和氧化物形成复合夹杂促进IGF的形成。新日铁高村等人提出的氧化物冶金技术就是这样的一种思路。
(2)贝氏体微合金非调质钢。获得高强度和良好韧性的非调质钢，对获得低碳贝氏体组织比较有利。此外，为了确保高强度还必须有一定的碳含量。为了空冷得到贝氏体组织，必须在钢中加入钼、锰、硼等合金元素，这是因为钼对中温转变的推迟作用显著低于高温转变；锰达到一定含量时可使奥氏体等温转变曲线呈ε形，使钢的上下C曲线分离；硼可以显著推迟铁素体转变。因此，钼-硼或锰-硼相结合可使钢在相当宽的冷却范围内得到贝氏体组织；同时锰可以降低相变温度，改善韧性、提高强度。为了弥补碳含量降低引起的强度下降，低碳贝氏体钢中通常加入钒、铬等元素，确保其高强度。宝钢生产的12Mn2VB贝氏体钢，用于生产汽车的前桥，该钢在轧态或经回火的力学性能指标为:бb≥686MPa，бs≥490MPa，δ5≥17%，ψ≥45%，a k≥78J/cm2。
(3)马氏体微合金非调质钢。1988年美国ChaparralSteel的P1H1Wright首次提出了第三代微合金非调质钢的概念，此类钢具有低碳回火马氏体组织。与贝氏体微合金非调质钢相似，得到低碳马氏体非调质钢也能兼顾高强度和高韧性的要求，目前已经在汽车行走部件和建筑机械方面得到应用。同时，继铁素体-珠光体(F-P)型、贝氏
体(B)型、马氏体(M)型微合金非调质钢开发应用以后，F-B型、F-M型复相微合金非调质钢因成本低，性能优而逐渐被开发利用。各种热锻微合金非调质钢的强韧性的比较示于图1。
图1 热锻用微合金非调质钢强韧性比较
2.3微合金元素在非调质钢中的作用
钒、铌、钛等合金元素是微合金非调质钢中最常添加的碳氮化合物形成元素，与铁相比，它们在钢中与碳和氮有更强的化学亲和力，形成更稳定的碳氮化合物，并通过细化晶粒和沉淀析出改善微合金非调质钢的力学性能。
钒:钒是微合金化元素中最常用而又有效的强化元素，其主要作用是通过形成V(C，N)来影响钢的组织和性能。V(C，N)主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，增加钢的强度。钒对钢转变特性也有影响，当单独加入钒时，它并不抑制铁素体晶粒的形成，它却能加速珠光体的形成。在低VN钢和不含钒的高氮钢中只有晶界铁素体，而无晶内铁素体。钒还对氮具有较强的亲和力，活跃的氮或“自由”氮在钢中含量高于120×10-6时，具有应变时效性。当加入少量钒后，钒与碳和“自由”氮结合形成V(C，N)化合物，降低了钢中“自由”氮含量，使钢具备了非应变时效性。钒的碳氮化合物具有细化晶粒增加强度的作用，强度随钒含量的增加呈直线增长，如果钒含量超过0.15%，其韧性则降低很多。在常规锻造加热温度下，微合金非调质钢中的钒可完全溶解于奥氏体中，固钒的利用率高，在钢中钒的添加量一般控制在0.08%～0.13%。
铌:铌是非调质钢中添加的另一主要元素。铌要求高的奥氏体化温度，在加热温度高达1200℃时也能有效抑制奥氏体晶粒尺寸的长大，推迟奥氏体再结晶，有强烈细化晶粒的作用。溶解于奥氏体中的铌能阻止γ→α相变，从而使珠光体体积分数提高。当碳含量为0.3%～0.4%时，铌完全固溶的温度为1325～1360℃。当加热到1100℃时，铌几乎没有固溶；在1300℃时，只有50%固溶。铌的固溶量少，在奥氏体中扩散慢，在热加工时诱导沉淀的碳氮化合物体积减少，因此它的沉淀强化作用小。所以，用于热锻的微合金非调质钢，一般不宜单独添加铌。试验表明:当复合添加铌、钒元素时，既能提高钢的强度又能改善钢的韧性。
钛:钛的作用与铌相似，其溶解温度比铌更高，固细化晶粒作用比铌更强。在锻造温度条件下，钛在奥氏体中的溶解度很低，因此不能将钛用作锻钢中产生析出强化的添加元素，钛的化合物可作为晶内铁素体的核心，提高钢的韧性。在微合金非调质钢中，钛的含量为0.0.%～0.04%[6]。钛的氮化物TiN在高温下稳定，加入0.0.%左右的钛可以有效保护锻造过程中奥氏体晶粒的细小[7]。
另外，氮在含钒微合金非调质钢中以化合物的形式存在，其主要作用是促进钒的析出，提高沉淀析出强化效果，细化晶粒，提高TiN的稳定性和节约钒合金等。
2.4微合金非调质钢的应用现状
近几年来，宝钢、攀钢、东北特钢、兴澄特钢等特钢企业和研究院所合作，成功地将中国自行开发的铁素体-珠光体、贝氏体、低碳马氏体型等微合金非调质钢应用于制作汽车发动机曲轴、连杆、汽车前桥等零件。其中，一汽先后应用35MnVS，38MnVTi，42VS，40MnVS代替55钢，40MnB，45钢，40Cr钢在CA6102连杆、CA141半轴、滑动叉、轻型车扭臂等零件进行了试验研究；二汽公司自1978年开发应用微合金非调质钢以来，已先后对东风系列汽车的20余种零件采用微合金非调质钢进行了试制，采用35MnV代替40MnB生产
EQ6100发动机连杆，采用48MnV代替40Cr生产康明斯发动机曲轴等，部分已实现大批量生产。另外，江铃汽车、南京汽车、天津汽车等汽车制造厂的微合金非调质钢用量也逐年大幅度增加。从用材工艺技术分析，在汽车车身、车身附件及零件、变速箱总成、驱动桥总成、悬挂减震器、离合器及零件，转向系统及零件中有15%的钢结构零件可用微合金非调质钢代替。目前，部分用户的微合金非调质钢使用情况见表1。
2.5国内生产情况
目前国内生产微合金非调质钢的厂家主要集中在特钢企业，除攀钢、兴澄特钢、东北特钢等企业外，年产量大都在万吨以下。
2.5.1 生产工艺
目前国内微合金非调质钢的生产厂家以特钢厂电炉冶炼(短流程)为主，生产工艺为:电炉冶炼→LF(VD)炉→模铸(连铸)→轧钢(控轧)→成品(控冷)，只有个别生产厂家采用转炉冶炼(攀钢、宝钢等)(表2)。
2.5.2 执行标准情况
1996年3月1日实施的微合金非调质机械结构钢GB/T15712—1995标准中按加工方法的不同将微合金非调质钢分为锻造和切削用非调质钢两类共9个牌号，从金相组织上来讲全部属于铁素体-珠光体型。而冷作强化非调质钢、高强度高韧性非调质钢(包括铁素体-珠光体型、低碳贝氏体型、低碳马氏体型)等均未列入该标准。按照调质钢强度级别BS970标准，把微合金非调质钢划分为四个强韧性级别，中国研制的非调质钢种(GB/T15712—1995)已达到前两个级别标准，与国际上20世纪90年代初期水平相当。
调质钢与非调质钢简介
调质钢与非调质钢简介 一、调质钢 1、简介 所谓调质钢，一般是指含碳量在0.30～0.60%的中碳钢。一般用这类钢材制作的零部件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高强度的同时，又具有很好的塑性和韧性，传统方法往往是使用“调质处理”来达到这个目的，所以习惯上就把这一类钢称作调质钢。 各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢，它是零件淬火后在500～650℃温度范围内进行回火处理的钢。经调质处理后，钢的强度、塑性及韧性有良好的配合。碳素钢、低合金钢及中合金钢，调质处理后的金相组织是回火索氏体。各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢。 2、性能特点 除一般的冶金方面的低倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低，脆性破坏抗力较大，但也存在特有的高温回火脆性。 大多数调质钢为中碳合金结构钢，有焊接性能要求的调质钢则为低碳合金结构钢，具有很高的塑性和韧性，少数沉淀硬化型调质钢，属高强度和超高强度调质钢。 3、分类 常用的合金调质钢按淬透性和强度分为4类： ①低淬透性调质钢
②中淬透性调质钢 ③较高淬透性调质钢 ④高淬透性调质钢 以下介绍两种最典型的调质钢： A、45碳素调质钢 45钢是中碳碳素结构钢，含碳量在0.42-0.50%，现执行标准为《优质碳素结构钢》，即GB/T 699-2015，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且生产成本较低，价格低，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56～59（洛氏硬度），截面大的可能低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。45钢淬火后的高温回火，加热温度为560～600℃，硬度要求为HRC22～34。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而对于齿轮类、带键槽的轴类等零件，因调质后还要进行车、插、创、铣、钻等机加工，硬度要求就低些。 B、40Cr合金调质钢 40Cr钢是中碳合金结构钢，含碳量在0.37-0.44%，含Cr量在0.80-1.10%，现执行标准为《合金结构钢》，即GB/T 3077-2015。 以40Cr为代表的合金调质钢广泛用于制造汽车、摩托车、柴油机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、转向节、半轴、连杆、螺栓等。调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度、良好的塑性和韧性。合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同
45号钢调质处理
45# (号)钢和40Cr钢调质的热处理工艺 调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。 调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳 量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。 调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。 工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。 1、45号钢的调质 45号钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、 来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 45号钢淬火温度在A3+(30~50) C,在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工 件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如 装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。 因为45号钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬
透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180 C左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。 45号钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。 45号钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600 C,硬度要求为HRC22~34。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。 2、40Cr钢的调质处理 Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。 40Cr工件调质的淬回火，各种参数工艺卡片都有规定，我们在实际操作中体会是：（一）40Cr工件淬火后应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。但是小型企业在供油紧张的情况下，对形状不复杂的工件，可以在水中淬火，并未发现开裂，只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。
45#钢和40Cr钢调质的热处理工艺
45#钢和40Cr钢调质的热处理工艺.txt逆风的方向，更适合飞翔。我不怕万人阻挡，只怕自己投降。你发怒一分钟，便失去60分钟的幸福。忙碌是一种幸福，让我们没时间体会痛苦;奔波是一种快乐，让我们真实地感受生活;疲惫是一种享受，让我们无暇空虚。生活就像"呼吸""呼"是为出一口气，"吸"是为争一口气。45#（号）钢和40Cr钢调质的热处理工艺 调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。 调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。 调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。 工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。 1、 45号钢的调质 45号钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 45号钢淬火温度在A3+(30~50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。 因为45号钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上
号钢调质处理
45#（号）钢和40C r钢的工艺是淬火加高温回火的双重，其目的是使工件具有良好的综合。 有和合金二大类，不管是还是，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在~%。 调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞，一般只作，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。 工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。 1、的调质 是中碳，冷热加工性能都不错，较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 淬火温度在A3+(30~50)℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。
因为45号钢低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，迅速转变为造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。 45号钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。 45号钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。因为调质的目的是得到综合，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。 2、40C r钢的调质处理 Cr能增加钢的，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用C r钢。但C r钢有第二类回火脆性。 40Cr工件调质的淬回火，各种参数工艺卡片都有规定，我们在实际操作中体会是：
微合金非调质钢的发展及现状
微合金非调质钢的发展及 现状 Revised by Jack on December 14,2020
微合金非调质钢的发展及现状 刘瑞宁1，2，王福明1，李强2 (11北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；21石家庄钢铁公司技术中心，河北石家庄050031)摘要:介绍了微合金非调质钢的发展及其应用现状，开发微合金非调质钢符合钢铁产业发展政策和石钢公司的“边缘-精进”战略。 关键词:微合金；非调质钢；发展；应用 1前言 石家庄钢铁有限责任公司是中国汽车用钢(棒材)专业化生产企业，现年产钢能力近260万t，产品结构以优质碳素结构钢、合金结构钢、齿轮钢、轴承钢等五大系列汽车用钢(棒材规格为Φ14～180mm)为主，其热轧汽车棒材主要供锻造厂锻造成汽车零配件(如汽车前桥、半轴、转向节、发动机曲轴、连杆等)。微合金非调质钢是一种理想的节约能源、节约资源的经济型新材料，符合钢铁产业发展政策要求，其用途十分广泛:凡是加工过程中需要调质的钢(如45，40Cr等)均可用非调质钢替代；省略调质工序，可省去占调质钢生产总成本6%的热处理(淬火+高温回火)费用，德国人估计用49MnVS3非调质钢代替调质钢做连杆可节约总成本的38%。日本爱知公司分析，微合金非调质钢因省略调质处理这一工序，就可使热锻产品的成本降低18%[1]。 2微合金非调质钢的发展 微合金非调质钢强化机理不同于调质钢。调质钢是将轧、锻后钢材重新加热淬火再经高温回火获得所需组织性能。而微合金非调质钢是在轧制温度下，使钢中V，Nb，Ti等合金碳氮化合物较充分溶入奥氏体，使奥氏体充分合金化，在轧、锻冷却过程中析出大量微细弥散分布的合金碳氮化合物，并发生沉淀强化及先共析铁素体呈细、小、弥散析出，分割和细化奥氏体晶粒使钢的强度与硬度增加，基体组织显着强化。为此，获得相当调质钢经调质处理后的综合力学性能，由于省去了调质处理工序，因此称之为微合金非调质钢。 国外微合金非调质钢的开发及应用 20世纪60年代发展起来的微合金化技术为非调质钢的产生提供了理论和生产基础，70年代初期发生的能源危机直接促成非调质钢的出现及发展。1972年德国THYSSEN公司开发了第一个非调质锻钢49MnVS3(铁素体-珠光体，抗拉强度850MPa)取代了调质CK45钢制造汽车曲轴，提高了锻件成品率、切削加工性能、疲劳性能、生产效率，降低了成本，此钢种很快在德国、瑞典等欧洲国家用于汽车曲轴、连杆等锻件的生产。德国奔驰汽车曲轴使用非调质钢代替40CrMn调质钢制造，瑞典Volvo汽车制造厂在20世纪90年代初期年用量就3万多吨，其目标是除渗碳件外，所有锻件全部采用非调质钢生产。随后英国钢铁公司建立了Vanard(850～1100MPa)热锻用非调质钢系列，法国SAFE公司开发了一系列METASAFE钢(800～1000MPa)[2]。此外，美国福特、意大利菲亚特及俄罗斯伏尔加汽车都采用非调质钢制造汽车的曲轴、连杆等零件。近年来日本研究微合金非调质钢最为活跃，处于世界先进水平，新日铁、神户制钢、爱
微合金钢
微合金钢 微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti 等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1—3%。 微合金化钢的基本属性：(1)添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性能发挥作用。 (2)这些元素加进量很少，钢的强化机制主要是细晶强化和沉淀强化。 (3)钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫作新型低合金高强度钢的依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相承，是微合金化钢设计和生产的重要条件。 因此说，微合金化钢是指化学成分规范上明确列进需加进一种或几种碳氮化物形成元素的钢。如GB/T 1591—94中Q295一Q460的钢，对其中Nb、V、Ti的含量通常有以下规定： (1)Nb，0.015％～0.06％； (2)V，0.02％～0.15％(0.20％)； (3)Ti，0.02％～0.20％。 同时规定Nb+V+Ti≤0.15％。微合金化的高强度低合金钢。 它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％。添加微量合金元素后，使钢的一种或几种性能得到明显的变化。 典型的微合金钢有15MnVN和06MnNb。微合金钢中含有一种或几种微合金元素，其含量大约在0.01％～0.20％之间。 微合金钢由于屈服强度高、韧性好、焊接性和耐大气腐蚀性好，可用于大型桥梁建筑，制造各类车辆的冲压构件、安全构件、抗疲劳零件及焊接件，它也是锅炉、高压容器、输油和输气管线，以及工业和民用建筑的理想材料。 关于微合金钢中Nb的析出对变形诱导铁素体相变的影响有两种不同观点:一是认为在变形过程Nb通过动态析出消耗形变储能而抑制变形诱导铁素体相变; 微合金钢就是这些“高技术钢材”中用量最大的一种。 处理办法：微处理可有效地提高16Mn原规格钢板、20MnSi大规格螺纹钢筋的屈服强度约10—20Mpa，改善A、B级一般强度板和X42—X46级管线钢的低温韧性，还可使16Mnq、15MnVNq 桥梁钢板的时效敏感比降低或消除。据不完全统计，1998年我国微合金化钢的产量为346万吨，占年全低合金高强度钢总产量55.1%。微处理钢（主要是Nb处理和Ti处理，还包括稀土处理钢在内）产量大致也在300万吨左右。 近20年来，世界钢铁工业最富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。 我国80年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了： ①低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和最新成就。 ②低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。 ③微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业结构调整和流程优化。 所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通
合金结构钢的定义与分类
合金结构钢的定义与分类 一、调质钢 经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。传统的调质钢是指淬火和高温火钢 调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。 调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素。具有较低或中等的合金化程度。钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。 热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。热处理后的金相组织是回火索氏体。这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。 调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低。脆性破坏抗力较大。但也存在特有的高温回火脆性。 大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao以焊接性能为突出要求的调质钢。，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强
度的超高强度调质钢。 常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢; ②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。 二、渗碳钢 具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。汽车、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。 渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。 保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。提高淬透性的常用合金元素有铬、锰、镍、钼和硼。从合金化的经济角度考虑，Cr-Mn系（特别是含硼钢）值得推荐，但就生产和使用的角度而言，Cr-Mo钢更为优越。重要用途的、高质量要求的渗碳钢一般均含有一定量的钼，尤其是对于重载的大型渗碳件更需要。 当心部性能确定后，渗层组织和性能对使用寿命具有决定性作用。渗层的组织要求为马氏体和细小、弥散、球状分布的合金碳化物。保证渗层组织的核心仍然是淬透性。渗层应具有高的硬度、良好的显微组织、合理的残余应力分布和一定的韧性储备。 三、氮化钢（渗氮钢） 适合天氮化（或渗氮）工艺的钢种，称氮化钢或渗氮钢。一般狭
45钢和40Cr钢调质的热处理工艺
调兵遣将质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。 调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。 调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。 工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。 1、45号钢的调质 45号钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 45号钢淬火温度在A3+(30~50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。 因为45号钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。 45号钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。
非调质钢在汽车行业的应用研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/d313241960.html, 非调质钢在汽车行业的应用研究 作者：杨岁权 来源：《科技创新与应用》2013年第29期 摘要：非调质钢不需要进行淬火和高温回火加热，不进行淬火冷却，显著降低生产过程 中产生的烟、汽对环境的污染，并节约大量能源，引起汽车零部件生产厂家的广泛重视，以期能代替中碳结构钢或合金结构钢。 关键词：非调质钢；力学性能；应用 1 非调质钢的出现和发展 汽车制造中有大量齿轮、轴、连杆等受力结构件，通常选用中碳结构钢和合金结构钢等传统材料。当采用这些传统材料时，需要将铸造或锻造好的零件重新加热至完全奥氏体化，正火或者淬火冷却后再进行高温回火加热和冷却，以获得均匀、细密的回火索氏体组织，满足结构件的综合力学性能要求，调质处理后进行冷切削加工成各种结构件。这种生产过程消耗大量的加热能源，大多数情况下需要进行强制冷却，产生大量的环境污染物，生产工艺复杂，周期较长。 非调质钢是指通过添加微合金化元素改变组织的相变机理，通过轧制、锻造和控制冷却等方法，使性能达到或接近调质钢力学性能的中碳低合金结构钢。 非调质钢在热轧、正火或锻造后空冷状态下的强度等级在500MPa以上。 目前，世界各国都在寻求节能、环保的可循环经济增长方式。由于冶金技术和钢材热加工技术的不断发展，各国陆续开发并生产了不需要进行调质处理，只需要进行控制轧制、锻造工艺及轧制、锻造后的冷却速度就可以获得所需要的强度、韧度和切削性能的非调质易切削钢。常规的非调质结构钢是在中碳钢中添加微量合金化元素（钒、钛和铌等），通过控制轧制、锻造过程和随后的控温冷却，在铁素体和珠光体中弥散析出碳（氮）化合物为强化相，使之在轧制、锻造后不经过调质处理，即可获得碳素结构钢或合金结构钢经调质处理后才能达到的力学性能。 非调质钢的经济技术特点： （1）非调质钢的规格效应较小，其强度和硬度沿零件截面积的分布较均匀，提高了零件的整体强度；（2）避免了调质过程中的工件的变形、开裂，而产生废品的风险，提高了成品率；（3）减少了高能耗的热处理，节能减排；（4）缩短生产周期，提高劳动生产率，节约生产管理费用；（5）良好的切削性能和表面强化性能。
微合金元素在钢中作用
微合金元素在钢中溶解析出及影响因素？ 在奥氏体中，氮化物通常比碳化物更加稳定。微合金化元素不同，其碳化物和氮化物的溶解度绝对值有很大差异：V、Ti的碳化物与氮化物的溶解度差值较大，而Nb的碳化物与氮化物的溶解度比较接近，尽管NbN的溶解度仍然低于NbC的溶解度。ALN的溶解度与NbN 接近，说明其溶解度比VC还要大。多数微合金碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度比较接近，虽然多数微合金元素的碳化物或氮化物在钢水中的溶解度还不确定，数据显示，TiN在钢水中的溶解度要比在同温度奥氏体中高10～100倍；因此TiN在1600℃钢水中的溶解度与其它微合金化元素在1200℃奥氏体中的溶解度接近。热力学计算表明，Nb的碳化物和氮化物在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。实验和热力学计算均证实，VC在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。 碳化物和氮化物的溶解度差导致碳氮化物中富集低溶解度化合物（氮化物）。在通常的复合微合金化钢中，碳化物和氮化物的溶解度差按铌、钒、钛的次序增大。合金碳氮化物中富集的氮化物的分数比例按钛、钒、铌的次序递减。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例取决于钢中C和N的含量，在大多数钢中，远高于氮含量的碳含量在一定程度上抵销了碳化物和氮化物在溶解度上的差异。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例还受合金元素含量的影响，合金元素含量升高降低氮化物的分数比例，尤其是在合金元素含量超过氮在钢中化学计量比的情况下。提高温度会增加氮化物的分数比例。钢中未溶解合金碳氮化物的数量高于从不互相溶解的析出模型所预期的值，更为重要的是，合金碳氮化物能够在独立碳化物或氮化物的溶解度曲线以上温度存在。 1、应变诱导析出：未变形材料中除了在晶界和相界上形核外，沉淀相在晶粒内主要是以均匀形核机制生成；而在变形材料中，沉淀相主要在位错和各种晶体缺陷上非均匀形核。由于在位错上形核的激活能低，因此形核率很高，可得到很高的沉淀相粒子密度和很小的沉淀相尺寸。变形使析出过程的孕育时间大大缩短。 2、钢的成分偏聚：由于钢液在凝固过程中发生溶质元素的偏聚，在枝晶间隙区的浓度要明显高于钢的平均含量，即使经过高温的固溶处理，在微米尺度上溶质元素在钢中仍然是不均匀分布的 3、Ostwald 熟化：Ostwald熟化过程在析出相体积分数不变的条件下，通过颗粒的粗化使基体和析出相的界面能明显降低。在熟化过程中，第二相颗粒被一定厚度的基体所分离，为了确保相互分离的大颗粒长大而小颗粒缩小乃至消失以降低系统的总界面能，颗粒通过基体一定存在一种非接触式的感知。 微合金元素在钢对钢中组织元素及相转变的影响？ 当钒单独加入时，并不抑制铁素体的形成；相反，它加速珠光体的形成。然而，当钒和铌同时存在时，易于形成贝氏体组织，而钒在贝氏体内沉淀析出。正是这种钒与铌的差别，导致了在热轧交货的小型材中多倾向于加钒。这些轧态小型材冷却快，如果有铌存在的话，则形成导致脆性的贝氏体组织，而含钒钢中则不会形成这种脆性组织。钒能促进珠光体的形成，还能细化铁素体板条，因此钒能用来增加重轨的强度和汽车用锻件的强度。碳化钒也能在珠光体的铁素体板条内析出沉淀，从而进一步提高了材料的硬度和强度。钒像大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。因此，如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出，则可用来增加淬透性。当钢中钒的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒才可以占绝大多数，才能有效地提高淬透性。与锰提高铌、钒的溶解度一样，钼也提高它们在钢中的溶解度。而添加了元素钼后，可固溶的钒含量明显增加，可达0.06%左右。 微合金对钢铁强度韧性热塑性的影响及强韧化机理？ 钒通过在铁素体中的沉淀析出，来增加钢的强度，它可使钢的强度增加150MPa以上。碳氮化物在轧制过程和轧制以后形成，而且在正火过程中，当钢被加热时，它们将溶解，并
常用材料热处理
常用材料热处理
材料热处理中的特性： 淬透性（可淬性）：指钢接受淬火的能力 零件尺寸越大，内部热容量也越大，淬火时冷却速度越慢，因此，淬透层越薄，性能越差，这种现象叫做“钢材的尺寸效应”。但淬透性大的钢，尺寸效应不明显。 由于碳钢的淬透性低，在设计大尺寸零件时用碳钢正火比调质更经济。 常用钢种的临界淬透直径De mm 常用材料的工作条件和热处理 渗碳钢：（含碳量0.1～0.25％） 10、15、20、 15Cr、20Cr、20Mn2、20CrMn、20CrMnVB 25MnTiB、18CrMnTi、20CrMnTi、20CrMnMo 30CrMnTi、20Cr2Ni4A、12CrNi3A、18Cr2Ni4W A
渗碳钢在高温下长时间保温，晶粒易于长大，恶化钢的性能。 表面含碳量在0.85～1.05％，表层硬度≥56～65(HRC) 心部含碳量在0.18～0.25％，HRC30~45 含碳量在0.3％时，HRC30~47 常用渗碳钢渗碳后的硬度 调质钢（含碳量0.25～0.5％） 40、45、40Cr、50Mn2、35CrMo、30CrMnSi、 40CrMnMo、40MnB、40MnVB、40CrNiMoA 38CrMoAlA 碳素调质钢淬透性低。 常用调质钢的调质硬度 调质钢对表面耐磨性要求较高时还需高频淬火，要求耐磨性更高时则需渗氮。
弹簧钢含碳量：碳素弹簧钢0.6～0.9％ 合金弹簧钢0.45-0.7％ 弹簧钢的选用： 钢丝直径<12～15mm 65、75 弹簧≤25mm 65Mn、55Si2Mn 60Si2Mn、70Si3MnA 钢丝直径≤30mm 50CrVA、50CrMnVA 重要弹簧 60Si2CrVA、65Si2MnVA 弹簧钢的热处理一般是淬火加中温回火 热处理的硬度一般为 HRC41-48 对于一般小弹簧（钢丝截面D<10mm）不淬火，只作250～300去应力处理。 65Mn淬硬性好，硬度≥HRC59。 轴承钢含碳量0.95～1.10％ 含铬量0.5～1.65％ GCr9 GCr15 GCr15SiMn GsiMnV GMnMoVRE GSiMnMoV GSiMnVRE GSiMnMoVRE GMnMoV 轴承承受高压集中周期性交变载荷，由转动和滑动产生极大的摩擦。 轴承钢一般首先进行球化退火—淬火—低温回火，硬度为HRC61-65。
非调质钢简介及牌号
非调质钢简介 (整理点资料) 1)名称: 非调质钢，西方国家把它叫作MICROALLOYED STEEL,译成中文意思是微合金钢。 2) 成份和优点：所谓非调质钢，是指在中碳钢中加入微量的V、Nb、Ti 等合金元素而行成的一种新钢种。在大多数情况下加入的微合金的总量一般不超过百分之零点二五（0.25％）。 世界上第一个非调质钢是由德国的GERLACH公司在1970年推出的，这家公司用他们自己刚刚研制成功的非调质取代原来使用的调质钢CK45钢生产曲轴，取得了很好的效益。由於使用非调质钢生产锻件可以省去调质处理即(淬火＋高温回火)过程中的两次加热而耗费的能量，因此具有节能和环保的优点，被称为绿色钢种。 1973年中东战争暴发，石油价格高起，迫使人们更加关注节能降耗，在这种背景下非调质钢的开发和利用在西方掀起了高潮，各国相继推出了自己的非调质钢。到1984年日本有60%的曲轴和50%的连杆都是用非调质钢锻成的。德国人说，使用49MnVS3非调质钢代替调质钢生产连杆可以省去占总成本6%的热处理费用，日本爱知公司说，用非调质钢可以使成本下降18%。 3)非调质钢的强化机理： 无论是用调质钢还是用非调质钢生产锻件，锻件在锻成后如果不经过强化处理是不能使用的，不同的钢，强化的机理是不同
的。调质钢的强化机理是：先通过淬火。让钢变成马氏体组质，然后再通过回火处理使马氏体变成回火索氏体，回火索氏体是一种稳定组织，具有良好的综合机械性能。而非调质钢的强化机理是：首先，非调质钢中的V、Nb、Ti等合金元素形成的合金碳氮化合物在锻造前的加热过程中充分地溶入到了奥氏体中，然后，在锻后的冷却过程中这些合金碳氮化合物又从奥氏体中析出，形成无数个微小而且弥散分布的合金碳氮化合物，随着温度的进一步下降发生沉淀强化。与此同时，从钢中析出的细小铁素体通过分割和细化奥氏体使得钢的强度和硬度得以提高。在上述两种力的综合作用下使钢得到了强化。 4)非调质钢的发展过程： 非调质钢的发展经历了三个阶段，第一代非调质钢是铁素体—珠光体型非调质钢。第二代是贝氏体型非调质钢，第三代是低碳马氏体型非调质钢。 4.1）铁素体—珠光体型非调质钢是目前用量最大的非调质钢，，约占总用量的60%以上。与调质钢相比，它的强度有余而韧性不足，因此，必需在保证强度的前题条件下设法提高韧性。日本钢铁公司的研究人员发现通过适当控制生产工艺，让奥氏体晶体内行成大量的铁素体成核核心P1，然后在相变时铁素体不仅在晶界上形成，也在奥氏体晶包内形成。这些细小，而且分布均匀的铁素体，使得钢的韧性显著提高。
45钢和40Cr钢调质的热处理工艺
45钢和40Cr钢调质的热处理工艺 调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。 调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。 调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。 工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。 1、45钢的调质 45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 45钢淬火温度在A3+(30~50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。 因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。 45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。 45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。因为
调质钢的焊接性
碳的质量分数不超过0.21％，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu ,经过奥氏体化—淬火—回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、HQ70A、HQ70B、15MnMoVN、15MnMoVNRE 和14MnMoNbB等。 低碳调质钢具有高的屈服点(490-980MPa)、良好的塑性、韧性、耐磨、及耐腐蚀性。 低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区、特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其最高温度低于Ac1、高于钢调质处理的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。 常用的各种熔焊方法,都可以适用焊接低碳调质钢。 (1)焊前预热—当板厚较小或接头拘束度也较小时,焊前可不进行预热。15MnMoVN、14MnMoNbB钢。当板厚小于13mm时，通常采用不预热施焊。随着板厚的增加，为了防止产生冷裂纹，必须进行预热，但是必须严格控制预热温度，因为过高的预热温度会使热影响区的冷却速度过于缓慢,使热影响区强度下降，韧性变坏。 低碳调质钢的最低预热温度 焊件厚度15MnMoVN 14MnMoNbB <13 不预热不预热 13-16 50-100 100-150 16-19 100-150 150-200 19-22 100-150 150-200 22-25 150-200 200-250 25-35 150-200 200-250 允许的最高预热温度与表中最低值相比,不得大于65C。若有可能，可采用低温预热加后热或不预热，只采用后热的方法来防止低碳调质钢产生冷裂纹，可以减轻或消除过高的预热温度对热影响区韧性的损害。 (2)焊接材料—为防止产生冷裂纹,因此必须严格控制焊接材料的含氢量,要求所使用的焊条必须是低氢型或超低氢型的,焊前应严格按规定进行烘干、贮存。用于CO2气体保护焊的CO2气体应符合GB6052-85中规定的I级气体或II级1类气体的要求。 焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料 钢号手弧焊焊条(熔化极气体保护焊)焊丝保护气体％ HQ70A CO2 HQ70B 或 E7015 H08Mn2NiMo Ar+CO220 15MnMoVN 或 15MnMoVNRE Ar+O21-2 15MnMoVNRE(QJ-70) E7515/E8515 H08Mn2NiMo Ar+CO220 14MnMoNbB E7515/E8515 H08Mn2NiMo Ar+O21-2 (3)焊接技术—为避免过度损伤热影响区的韧性,应避免使用过大的线能量,因此,不推荐使用大直径的焊条或焊丝。只要可能，应采用多层小焊道焊缝,最好采用窄焊道，而不采用横向摆动的运条技术。 (4)焊后热处理—大多数低碳调质钢的焊接构件都是在焊态下使用，只有在下述条件下才进行焊后热处理： 1)焊后或冷加工后的韧性过低。 2)焊后需进行高精度加工，要求保证结构尺寸的稳定性。 3)焊接结构承受应力腐蚀。 焊后热处理的温度必须低于母材调质处理的回火温度。
非调质钢
2 非调质钢的主要应用 最近几年,非调质钢在我国汽车工业广泛用于生产制造汽车发动机连杆、曲轴、转向节等零件,主要是铁素体2珠光体型非调质钢,常用钢种有40MnVN、48MnV、并增加其体积分数。最近日本新开发了0.30C20.25Si21.5Mn20.30Cr十微合金化的连杆用钢,采用这一成分, 可使0.45C20.25Si20.8Mn钢的Ac1从730℃降至717℃〔理论值〕,而连续冷却时可使Ar1从650℃下降至570℃。MnS2VN复合粒子可使组织有效细化,这些复合粒子可以作为形成在奥氏体晶粒内的转变铁素体的结晶核心,在冷却后得到以MnS2VN复合粒子为结晶核心的铁素体。德国和美国等国家利用这一技术开发了高碳微合金非调质钢涨断法生产连杆技术,德国大众的Jetta轿车发动机连杆牌号为C7056,其成分特点为:低硅、低锰,用V微合金化并加入易切元素硫,合金元素含量很窄,这一新开发的非调质钢,降低了碳含量,适当加入并提高了Si、S和V的含量,改善了切削性能和强度,并用于涨断连杆的制造。连杆的大头采用涨断工艺,采用这种工艺生产的连杆,可以解决连杆装配失圆的问题,同时缩短机加工工序,降低了生产成本。裂解连杆制造技术在欧洲广泛应用,主要系列有德国的C70S6BY、法国的SPLITASCO系列高碳钢连杆及欧洲其它公司的70MnSV4、80MnS5[24]。一汽曾分别与北满钢厂、大连钢厂合作进行冶炼,并在捷达发动机连杆上进行了试验,但由于材料的稳定性较差,还没有实现本地化。一汽现在开发的6DL系列柴油发动机连杆采用的是裂解工艺,材料用高碳非调质钢FAS70S2,目前是从国外进口,FAS70S2非调质钢本地化试验
热处理合金元素的调质影响
热处理合金元素的调质影响 1、合金元素对钢加热转变的影响 除了镍、钴以外，大多数合金元素特别是强碳化物形成元素，使碳的扩散速度降低，奥氏体的形成过程减缓，因此奥氏体化加热温度提高，保温时间延长。除了锰、硼以外，大多数合金元素阻碍奥氏体晶粒长大，淬火后获得细小马氏体组织。 2、合金元素对钢冷却转变的影响 除了Co以外，大多数合金元素溶入奥氏体中，不同程度地阻碍了铁、碳原子的扩散，减缓了奥氏体的分解能力，使奥氏体稳定性提高，C 曲线右移或形成珠光体和贝氏体两个转变区。除Co、Al外，大多数合金元素使Ms点、Mf点下移，使钢在淬火后残余奥氏体量增多，调质是淬火加高温回火的双重台车炉热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。 调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过台车炉高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。
工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。 1、台车炉热处理45钢的调质 45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。 45钢淬火温度在A3+(30~50)℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。 因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。