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微合金锻造钢评述 Brian L. Jones*, A. J. DeArdo**, C. I. Garcia**, Klaus Hulka***, Heinz Luthy**** * Reference Metals Company, Pittsburgh, PA, USA ** University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, USA *** Niobium Products Company, GmbH, Dusseldorf, Germany **** University de Neuchatel, Neuchatel, Switzerland 25 年前所用的结构钢主要有两个强度范围：热轧或正火状态的 350-450MPa 和 Q/T 状 态的≥600MPa 。对小规格钢材，这些性能能够容易地通过 C-Mn 和 C-Mn-Si 钢获得，而大 规格材则必须使用合金钢。期间已开发了屈服强度在 400-600MPa 的新一类热轧钢。这些钢 被称作微合金（MA ）钢，产品覆盖大范围的截面尺寸，而不化使用过多的合金，也不需要 热处理。所谓微合金化是因为除了 C、Mn 和 Si 外，没有元素的含量超过 0.2% 。这些 MA 钢含微量元素铌、钒和钛，通常具有很细的铁素体-珠光体组织，这些元素的存在，结合适 当的热机械处理能给强度和韧性带来明显的益处[1-3] 。因此，世界上每个大型钢铁公司都在 [4,5] 生产热轧 MA 钢板、带和棒材 。 70 年代中期，德国的锻造工业开始利用微合金化。这一领先工作表明[6]，冷却状态的 MA 锻件能适当地替代传统的锻后需要热处理的 C-Mn-Si 钢（Ck 50 ）。这里和后来的工作指 出，由MA 钢生产的锻件与传统的锻后需热处理的相比，有以下优点： （a ） 低的合金成本，尤其是通常使用合金钢的较大截面制品[7,8]， （b ） 省略热处理费用[7~11]， （c ） 减少或省去矫直费用[9,10,13,14]， （d ） 良好的疲劳性能和切削性能[9,12,14]。 早期开发的 MA 锻钢 49MnVS3 ，实际上就是 Ck 50 （AISI 1050 ）加V 。49MnVS3 的 强度、切削性和疲劳性能都不低，只是缺口韧性勉强合格[15]。之后的工作就是瞄准于改善 韧性。研究表明较低的碳和较高的硅能得到较高的缺口韧性，而对其他性能无任何损害。还 对锻造工艺对最终性能影响的重要性进行了评价[16]。 早期的开发出49MnVS3 钢的研究工作，是以非常高的温度落锤锻造的模拟结果为基础。 这忽视了变形本身的影响，如较低的变形温度有着潜在的益处。从而对铌对奥氏体状态的影 响，以及铌对热轧钢缺口韧性的影响都被忽略了[1-3]。 近来的工作则采取了综合使用合金化元素的观点，使钢的成分含有几个微量元素，得到 很好的结果。现在广泛地认为微合金钢可以与高强度合金钢和调质钢相匹。本文阐述了世界 上许多微合金钢在锻件的实际应用，并阐述了这些钢不仅由于减少合金使用和免去热处理带 来的成本效益，而且还因切削加工性、疲劳抗力和生产率等的改善使锻造厂家获益。 微合金化原理 大家知道，在简单的 C-Mn-Si 钢中添加极少量的 Nb 、V 和 Ti，在热轧状态下能得到较 高的强度和较低的转折温度[17]。经 20 年的研究开发，已得知较高的强度缘自铁素体晶粒 细化和析出硬化的综合效果。而较低的转折温度仅是晶粒细化的结果。 在热变形和冷却的钢铁素体晶粒的细化是因为很好调整的奥氏体和低的相变温度。调整 奥氏体使在冷却过程能提供提素体的形核点，而低的相变温度使在相变过程产生高的铁素体 形核速率[18,19]。析出硬化的增量可以下式表示： k f ∆σ D 式中，f 是析出物的体积分数，D 是平均颗粒尺寸，k 为常数[20]。因为随着相变温度的下 降，析出物体积分数增加，尺寸减小。析出硬化的增量随温度的下降而增加。 尽管 Nb 、V 和 Ti