微合金非调质钢的发展及现状.doc

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2003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0.1