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新型调质低碳马氏体结构钢零件用钢

【中国紧固件网】若零部件要求具有特别高的强度( =1600-1800MPa)时,这时高温回火得到的回火索氏体组织不能满足要求,要采用淬火低温回火,即在250-350℃左右回火,得到中、低碳回火马氏体组织。回火马氏体发挥了碳在过饱和α相中的固溶强化、ε-Fe2.4C与基体共格产生的沉淀强化及马氏体相变的冷作硬化(即加工硬化)等的综合强化效应。其中,回火马氏体的强度主要来自固溶在马氏体α中的碳。研究表明,钢中碳的质量分数w(C)在0.2%-0.5%范围,可见,当钢中w(C)=0.30%时,可获得 约为1700MPa的高强度。w(C)每增加0.01%, 约增高300MPa。而且,w(C)在0.20%-0.30%的范围内,回火马氏体保持较好的韧性和较低的韧-脆转化温度;当w(C)超过0.30%,随着钢的强度继续升高,钢的韧性特别是断裂韧性下降显著。

与普通调质钢一样,合金元素在该类钢中的作用也是提高淬透性,保证得到马氏体组织。但在250-350℃回火,要产生低温回火脆性。引起这类回火脆性有两个方面的原因。首先,在这个温度范围回火,发生ε-Fe2.4C溶解,Fe3C在马氏体板条边界和原奥氏体晶界析出,呈连续薄片状,在冲击负荷下沿马氏体板条边界裂开。在350℃以上,Fe3C开始球化,韧性恢复。第二个原因是杂质元素磷、锑、锡等,在淬火加热时发生在奥氏体晶界上的偏聚,经淬火后杂质元素被冻结在原奥氏体晶界。以上杂质在原奥氏体晶界的富集和连续薄膜状Fe3C的同时存在,两者作用叠加,造成沿晶脆断。合金元素锰和铬加剧低温回火脆化倾向,锰的质量分数在2%以上,淬火状态也可发生沿晶断裂,也进一步促进低温回火脆性。钼能改善低温回火脆性,硅、铝推迟ε-Fe2.4C向Fe3C转变,将低温回火脆化温度范围推向350℃以上。

钢中碳的质量分数低于0.30%时,淬火后马氏体的微观结构为位错型的板条马氏体,具有高的强度和良好的韧性。在低温回火后,其综合力学性能优于中碳调质钢,并且冷脆倾向小,有低的疲劳缺口敏感度。中碳调质钢和低碳马氏体结构钢力学性能的比较如表。  

由于低碳钢的淬透性较小,必须加入合金元素,故一般采用低碳低合金钢。它们在热轧后退火,具有低强度、高塑性和良好的冷变形性。例如,汽车用高强度螺栓、销钉等,原来用中碳调质钢,需要热顶锻锻出螺栓头,表面质量差。中碳调质钢退火后硬度较高,碾压螺纹也困难。用15MnVB代替40Cr制作上述零件,其优点在于可用冷镦成型,比热顶锻制的螺栓精度高,表面质量好,生产率高,承载能力提高45%-70%,减少了切削量,节约钢材,延长了螺栓使用寿命,并满足大功率新车型设计要求。又如采用20SiMnMoV钢代替35CrMo钢,制造石油用的吊环,使吊环质量由原来的97Kg减少为29Kg,大大减轻了钻井工人的劳动强度。



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