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采用弥散强化钢(钢棒或线材)生产汽车结构件的可能性 L. Backer, P. Charlier B. Criqui, R. El Haïk SAFE 57300 HAGONDANGE (法国) (RNUR)雷诺专卖 92109 法国布伦市 在最近的5年中，在机械工程尤其是汽车工业领域，SAFE正在开发一种新的低合金钢系 列，即 METASAFE 钢，以往也被称作“长型材”(棒钢或线材) 。它们的主要特点表现为化 学成分简单，在轧制或锻造状态下具有高的抗拉强度水平。 在这篇文章的第一部分，主要揭示这些钢的冶金机制；第二章着重从切削性、可锻造性、 表面处理方面介绍它们的特点，及在应用中的冲击强度、韧性、疲劳抗力等特性；在最后部 分是在汽车工业中的应用举例(轮毂、三角臂、反摇摆杆) ，及阐述在汽车工业中的应用可能 性。 微合金化钢(或弥散强化钢) 的发展大约始于20年前，直到近几年，这些钢主要应用于板 材和钢管，通常碳含量不超过0.20%，抗拉强度在800MPa。 自1978年以来，SAFE 公司开始这类钢的长型材在机械工程领域中的商业化，即 METASAFE 钢[1] ，其主要特征为在轧制或锻造状态下具有高的抗拉强度水平( 从800 到 2000MPa) 。 在开发这类钢在汽车构造的不用应用领域之前，也是本论文的主题，我们先回顾 METASAFE钢设计的冶金原理和每种主要钢种的主要特征。这些钢的基本特征也将从工艺 (可锻性、表面处理的可能以及机加工性)和使用性能(冲击强度、疲劳寿命)两方面进行全面 介绍。 METASAFE 钢的主要分类—基本冶金学原理 表1 给出了不同种类的METASAFE钢，钢的名称由2部分组成：一个是数字，表示对应 于产品在轧制或锻造状态下的抗拉强度(MPa)，另一个表示特定使用条件的字母组成，如： D ：用于冷成型的钢，硫含量低(0.020%)； S：硫含量控制在0.02~0.04%，表现出良好的机加工性，并且具有很高的硬度； U ：切削性好的钢，通过加入高的硫含量(0.07~0.250%)和加入铅(约0.2%)来实现； F ：表示具有高抗拉强度(1000~2000MPa)的钢材； Z ：含13%铬的不锈钢。 所有这些钢都含有同一类析出强化元素(Al-Nb-V)，它们的作用是多重的并且相互叠加 的，即： — 通过沉淀作用强化铁素体(尤其是V和Nb) 。 — 阻碍晶粒长大(见图1)和细化铁素体晶粒(尤其是Al和Nb) 。铁素体晶粒细化的优点[2]见图 2(屈服点提高、转变温度降低) 。可能的析出物具有溶解温度和不同的沉淀速度，这表明好 的机械特性可以通过控制加热和冷却条件来获得。 除了弥散强化元素的影响外，还应用了以下的冶金学原理： — 铁素体内元素的固溶强化，主要是锰，还有硅(METASAFE F) 。锰能够细化铁素体晶粒 [3] 和强化特定的析出物，它还能够增加钒在奥氏体中的溶解度 。 — 添加铜(METASAFE F钢) ，通过固溶和组织硬化提供来达到辅助强化。已经注意到，补 充加入镍可以避免单独加铜时产生的热缺陷。镍还作为铁素体的“硬化剂”，改善低温冲击 强度。 — 碳起着基本的作用，因为它决定钢基体的基本硬度。按照METASAFE钢的分类，碳的成 分大约在0.2%(例如METASAFE S800)和0.45%(例如METASAFE S1000)之间变化。 下面讨论4个代表性级别的METASAFE钢(METASAFES800 - U1000-F1200-Z1300)的主 要特性。 METASAFE S800 这个钢种主要应用于在轧制或锻造状态下要求抗拉强度达到800MPa的零部件。应该注 意到，它具有低的碳含量，不到0.25%，从而使它具有好的延展性，焊接性和切削性等特点。 需要关注的重点如下： — 回火过程中具有抗软化能力(在某些情况下，500-600℃下的抗拉强度和/或屈服强度还能 提高一些) ； — 在这个“硬化”区，延展性能没有恶化； — 在600到780℃之间，金属的软化较为平缓，抗拉强度的降低值不超过100MPa。 通常情况下，钢的组织是由细小的铁素体和贝氏体组成。值得重点注意的是，钢材的机 械