劉瑞寧1驹溃，2，王福明1延曙，李　強(qiáng)2
(1　北京科技大學(xué)　冶金與生態(tài)工程學(xué)院豌鹤，北京　100083；2　石家莊鋼鐵公司　技術(shù)中心枝缔，河北　石家莊　050031)
　　摘 要:介紹了微合金非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀布疙，開發(fā)微合金非調(diào)質(zhì)鋼符合鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和石鋼公司的“邊緣-精進(jìn)”戰(zhàn)略。
　　關(guān)鍵詞:微合金魂仍；非調(diào)質(zhì)鋼拐辽；發(fā)展；應(yīng)用
1　前言
　　石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司是中國汽車用鋼(棒材)專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)擦酌，現(xiàn)年產(chǎn)鋼能力近260萬t，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼菠劝、合金結(jié)構(gòu)鋼赊舶、齒輪鋼、軸承鋼等五大系列汽車用鋼(棒材規(guī)格為Φ14～180mm)為主，其熱軋汽車棒材主要供鍛造廠鍛造成汽車零配件(如汽車前橋笼平、半軸园骆、轉(zhuǎn)向節(jié)、發(fā)動機(jī)曲軸寓调、連桿等)锌唾。微合金非調(diào)質(zhì)鋼是一種理想的節(jié)約能源、節(jié)約資源的經(jīng)濟(jì)型新材料夺英，符合鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策要求晌涕，其用途十分廣泛:凡是加工過程中需要調(diào)質(zhì)的鋼(如45，40Cr等)均可用非調(diào)質(zhì)鋼替代痛悯；省略調(diào)質(zhì)工序余黎，可省去占調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)總成本6%的熱處理(淬火+高溫回火)費(fèi)用，德國人估計(jì)用49MnVS3非調(diào)質(zhì)鋼代替調(diào)質(zhì)鋼做連桿可節(jié)約總成本的38%载萌。日本愛知公司分析惧财，微合金非調(diào)質(zhì)鋼因省略調(diào)質(zhì)處理這一工序，就可使熱鍛產(chǎn)品的成本降低18%[1]扭仁。
2　微合金非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展
　　微合金非調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)化機(jī)理不同于調(diào)質(zhì)鋼垮衷。調(diào)質(zhì)鋼是將軋、鍛后鋼材重新加熱淬火再經(jīng)高溫回火獲得所需組織性能乖坠。而微合金非調(diào)質(zhì)鋼是在軋制溫度下搀突，使鋼中V，Nb瓤帚，Ti等合金碳氮化合物較充分溶入奧氏體描姚，使奧氏體充分合金化，在軋戈次、鍛冷卻過程中析出大量微細(xì)彌散分布的合金碳氮化合物轩勘，并發(fā)生沉淀強(qiáng)化及先共析鐵素體呈細(xì)、小怯邪、彌散析出绊寻，分割和細(xì)化奧氏體晶粒使鋼的強(qiáng)度與硬度增加，基體組織顯著強(qiáng)化悬秉。為此澄步，獲得相當(dāng)調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的綜合力學(xué)性能，由于省去了調(diào)質(zhì)處理工序和泌，因此稱之為微合金非調(diào)質(zhì)鋼村缸。
2.1　國外微合金非調(diào)質(zhì)鋼的開發(fā)及應(yīng)用
　　20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的微合金化技術(shù)為非調(diào)質(zhì)鋼的產(chǎn)生提供了理論和生產(chǎn)基礎(chǔ)，70年代初期發(fā)生的能源危機(jī)直接促成非調(diào)質(zhì)鋼的出現(xiàn)及發(fā)展武氓。1972年德國THYSSEN公司開發(fā)了第一個(gè)非調(diào)質(zhì)鍛鋼49MnVS3(鐵素體-珠光體梯皿，抗拉強(qiáng)度850MPa)取代了調(diào)質(zhì)CK45鋼制造汽車曲軸仇箱，提高了鍛件成品率、切削加工性能东羹、疲勞性能剂桥、生產(chǎn)效率，降低了成本属提，此鋼種很快在德國权逗、瑞典等歐洲國家用于汽車曲軸、連桿等鍛件的生產(chǎn)冤议。德國奔馳汽車曲軸使用非調(diào)質(zhì)鋼代替40CrMn調(diào)質(zhì)鋼制造斟薇，瑞典Volvo汽車制造廠在20世紀(jì)90年代初期年用量就3萬多噸，其目標(biāo)是除滲碳件外求类，所有鍛件全部采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)奔垦。隨后英國鋼鐵公司建立了Vanard(850～1100MPa)熱鍛用非調(diào)質(zhì)鋼系列，法國SAFE公司開發(fā)了一系列METASAFE鋼(800～1000MPa)[2]尸疆。此外椿猎，美國福特、意大利菲亞特及俄羅斯伏爾加汽車都采用非調(diào)質(zhì)鋼制造汽車的曲軸寿弱、連桿等零件犯眠。近年來日本研究微合金非調(diào)質(zhì)鋼最為活躍，處于世界先進(jìn)水平症革，新日鐵筐咧、神戶制鋼、愛知制鋼噪矛、山陽特殊制鋼等相繼建立了自己的微合金非調(diào)質(zhì)鋼系列量蕊，廣泛應(yīng)用于汽車的行走部件和汽車發(fā)動機(jī)的曲軸、連桿鍛造等艇挨。
2.2　中國微合金非調(diào)質(zhì)鋼的開發(fā)進(jìn)程
　　中國微合金非調(diào)質(zhì)鋼的開發(fā)在“六五”起步残炮，“七五”列入國家攻關(guān)項(xiàng)目，“八五”期間進(jìn)行了重點(diǎn)推廣工作缩滨，“九五”和“十五”主要是面向轎車用非調(diào)質(zhì)鋼的開發(fā)并擴(kuò)大非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用數(shù)量和范圍势就。石鋼自2003年開始進(jìn)行非調(diào)質(zhì)鋼的研究和開發(fā)工作，主要進(jìn)行了SG45脉漏、F40MnV和36Mn2V等微合金非調(diào)質(zhì)的生產(chǎn)苞冯，產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)6200噸，主要用于機(jī)械行業(yè)和無縫鋼管的生產(chǎn)侧巨。
　　微合金非調(diào)質(zhì)鋼先后經(jīng)歷了鐵素體-珠光體型組織(第一代)舅锄、低碳貝氏體組織(第二代)和低碳馬氏體組織(第三代)三個(gè)階段的發(fā)展[3]。與調(diào)質(zhì)鋼相比司忱，傳統(tǒng)熱鍛用非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度有余而韌性不足巧娱，限制了它在強(qiáng)沖擊條件下的應(yīng)用碉怔，因此烘贴，非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展重點(diǎn)是在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高韌性禁添。近年來，冶金科技工作者為了提高微合金非調(diào)質(zhì)鋼韌性開發(fā)并應(yīng)用了一系列新技術(shù)桨踪，完善了微合金非調(diào)質(zhì)鋼的產(chǎn)品系列老翘。
　　(1)鐵素體-珠光體型微合金非調(diào)質(zhì)鋼。鐵素體-珠光體型微合金非調(diào)質(zhì)鋼目前用量最大锻离，約占總用量的60%以上铺峭。為了利用碳化物析出強(qiáng)化來達(dá)到所要求的高強(qiáng)度，通過增加碳含量來增加組織中珠光體的百分?jǐn)?shù)汽纠，因此韌性難以滿足要求卫键。為此，應(yīng)用了一系列新技術(shù)來提高鐵素體-珠光體微合金非調(diào)質(zhì)鋼的韌性虱朵。
　　晶粒細(xì)化技術(shù)莉炉。細(xì)化晶粒能有效提高鋼的韌性，而且能保持高強(qiáng)度碴犬。非調(diào)質(zhì)鋼中常加入鋁絮宁、鈦等元素，通過析出細(xì)小的氮化鋁服协、氮化鈦來釘扎奧氏體晶界绍昂，防止加熱時(shí)晶粒長大或抑制形變過程中的奧氏體再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒偿荷。成分為0.32C-1.0Mn-0.12V-0.024Ti的非調(diào)質(zhì)鋼加熱到1250℃時(shí)窘游，奧氏體晶粒仍能保持在5級以上，就是因?yàn)榫鶆蚍植嫉牧?.1μm的氮化鈦顆粒起到了釘扎奧氏體晶界跳纳、防止晶粒粗化的作用忍饰。
　　晶內(nèi)鐵素體技術(shù)。非調(diào)質(zhì)鋼鍛件在冷卻過程中發(fā)生相變時(shí)棒旗，鐵素體易沿奧氏體晶界首先形核長大喘批，隨后奧氏體的其余部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。如果沿珠光體晶粒形成網(wǎng)狀鐵素體就會嚴(yán)重?fù)p害鋼的韌性铣揉。日本鋼鐵公司的研究人員發(fā)現(xiàn)[4]饶深，通過適當(dāng)控制生產(chǎn)工藝，在奧氏體晶內(nèi)提供大量鐵素體形核位置逛拱，則相變時(shí)鐵素體不僅在晶界上形核敌厘，也能在奧氏體晶內(nèi)形成，故能得到細(xì)小且分布均勻的鐵素體朽合，使鋼的韌性顯著提高俱两。
　　IGF的析出與MnS以及MnS上析出的VN或TiN粒子有關(guān)饱狂，而MnS的析出與分布又與鋼中微細(xì)氧化物核心有關(guān)，因此鋼中氧化物的特征宪彩、種類休讳、數(shù)量、大小就決定了MnS的數(shù)量和大小尿孔。脫氧元素不同俊柔，所形成氧化物的種類、數(shù)量及分布都不一樣活合，鋼中的硫含量要在0.06%左右雏婶，有利于析出IGF。硫在此處的目的不是改善切削性能白指，而是為了和氧化物形成復(fù)合夾雜促進(jìn)IGF的形成留晚。新日鐵高村等人提出的氧化物冶金技術(shù)就是這樣的一種思路。
　　(2)貝氏體微合金非調(diào)質(zhì)鋼告嘲。獲得高強(qiáng)度和良好韌性的非調(diào)質(zhì)鋼错维，對獲得低碳貝氏體組織比較有利。此外状蜗，為了確保高強(qiáng)度還必須有一定的碳含量需五。為了空冷得到貝氏體組織，必須在鋼中加入鉬轧坎、錳宏邮、硼等合金元素，這是因?yàn)殂f對中溫轉(zhuǎn)變的推遲作用顯著低于高溫轉(zhuǎn)變缸血；錳達(dá)到一定含量時(shí)可使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線呈ε形蜜氨，使鋼的上下C曲線分離；硼可以顯著推遲鐵素體轉(zhuǎn)變捎泻。因此飒炎，鉬-硼或錳-硼相結(jié)合可使鋼在相當(dāng)寬的冷卻范圍內(nèi)得到貝氏體組織；同時(shí)錳可以降低相變溫度笆豁，改善韌性郎汪、提高強(qiáng)度。為了彌補(bǔ)碳含量降低引起的強(qiáng)度下降闯狱，低碳貝氏體鋼中通常加入釩煞赢、鉻等元素，確保其高強(qiáng)度哄孤。寶鋼生產(chǎn)的12Mn2VB貝氏體鋼照筑，用于生產(chǎn)汽車的前橋，該鋼在軋態(tài)或經(jīng)回火的力學(xué)性能指標(biāo)為:бb≥686MPa，бs≥490MPa凝危，δ5≥17%波俄，ψ≥45%，ak≥78J/cm2蛾默。
　　(3)馬氏體微合金非調(diào)質(zhì)鋼懦铺。1988年美國ChaparralSteel的P1H1Wright首次提出了第三代微合金非調(diào)質(zhì)鋼的概念，此類鋼具有低碳回火馬氏體組織趴生。與貝氏體微合金非調(diào)質(zhì)鋼相似阀趴，得到低碳馬氏體非調(diào)質(zhì)鋼也能兼顧高強(qiáng)度和高韌性的要求，目前已經(jīng)在汽車行走部件和建筑機(jī)械方面得到應(yīng)用苍匆。同時(shí)，繼鐵素體-珠光體(F-P)型棚菊、貝氏體(B)型浸踩、馬氏體(M)型微合金非調(diào)質(zhì)鋼開發(fā)應(yīng)用以后，F(xiàn)-B型统求、F-M型復(fù)相微合金非調(diào)質(zhì)鋼因成本低检碗，性能優(yōu)而逐漸被開發(fā)利用。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——摘自《中國金相分析網(wǎng)》