鈮微合金化鋼的開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（三）
發(fā)布時間：2012年08月20日 點擊數(shù)：
2 微合金化非調質高強度鋼棒線材(緊固件用鋼)
發(fā)展高強度緊固件用鋼的主要技術路線可以概括為，采用微合金化非調質棒線材制造非熱處理緊固件，對需要熱處理材鋼種要減少合金元素含量來防止高強度緊固件的延遲斷裂。
a) 低C—Nb／V—Nb鐵素體—珠光體鋼：
在1980年，新日鐵首先開發(fā)一種Nb—V—Ti非調質鋼線材用來生產(chǎn)冷鐓螺栓，其強度水平達到 700MPa而不需進行球化退火、淬火或回火。鋼的化學成份為低碳 0.10%C～1.5%Mn，添加少量的 Nb、V和Ti，在控軋控冷條件下，獲得適當?shù)蔫F素體和珠光體組織。另外一種低C—Nb／V—Nb鐵素體—珠光體鋼，利用鈮的沉淀析出以及晶粒細化作用也可以滿足級別為 8.8緊固件的技術要求。
低C—Mri—Nb—B貝氏體鐵素體非調質鋼
為生產(chǎn)搞拉強度800～1000MPa的高強度螺栓緊固件,傳統(tǒng)工藝需要很多熱處理步驟：球化退火、淬火回火(調質處理)。Heritier等報道：使用具有低碳貝氏體組織和一定數(shù)量的均勻分布的馬氏體組織的鈮微合金化低C—Mn—Nb—B非調質鋼 (0.12%C—1.65%Mn—0.08% Nb—B)可以省去這些高成本熱處理工藝，生產(chǎn)強度水平在1000～1200MPa范圍的線棒材。添加鈮是利用了鈮的晶粒細化和中間相沉淀析出的強化作用。硼的加入使鋼具有高的淬透性，在軋后冷卻初期促進低碳的貝氏體形成。上述組織是硼／鈮對鋼相變特性的復合作用的結果，可以拉絲和冷鐓。
b) 低C—Mn—Mo—Nb多相鋼
BHS—1和FreeformTM鋼 (Mn—Mo—Nb)的鐵素體—貝氏體—馬氏體多相組織的應力—應變特性是最適合于冷拔和冷鐓加工。連續(xù)的加工硬化特性和快的加工硬化速度使鋼在微量變形之后強度有顯著的提高。而且，這種鋼高的塑性也消除了冷加工過程中發(fā)生斷裂的可能性，也保證了陰?？梢酝耆怀錆M。
由Mn—Mo—Nb鋼制造的緊固件，除強度和韌性指標外，其疲勞性能也優(yōu)于由傳統(tǒng)的淬火回火的C— Mn鋼((Mo)如AISl 1038或者 AISI4037制造的產(chǎn)品。此外，日本還開發(fā)了一種Mn—Mo—Nb和Mn— Cr—Nb針狀鐵素體鋼，適于冷鍛。
c) 低C—Cr—Ti—Nb—B非調質鋼
日本研發(fā)新的含硼鋼種25%C、0.05%Si、1.0%Mn、0.3%Cr、0.05%Ti、0.025%Nb、20ppmB，以軋制狀態(tài)交貨，在冷鐓時.不需進行軟化處理。甚至在軋制狀態(tài)這種鋼的變形抗力都是小到足以進行冷成型，這是由于減少了強化鋼基體的合金元素C、Si和Cr的含量水平所至。添加合金元素硼和鈮分別是為了彌補淬透性的下降和得到細化的晶粒。
d) Cr—Mo—Nb淬火—回火合金鋼
當緊固件的抗張強度超過 1200MPa時，一般的淬火—回火合金鋼都有在服役環(huán)境中易受到氫攻擊的弱點而導致延遲斷裂。為了減少對延遲斷裂的敏感性，建議減少鋼中雜質在原奧氏體晶界含量、加上細化奧氏體晶粒以及改變碳化物沉淀粒子在晶界析出的形態(tài)。一種能抵抗延遲斷裂，抗張強度為 1500MPa的鋼，推薦的化學成分為： 0.35%C，0.20%Si，0.35%Mn，0.010%P，0.010%S，1.25% Cr，0.40%Mo，0.02%Nb。
應當再次指出的是，在微合金化非調質鋼中，鈮有助于保證鋼具有高強度和良好韌性，而V可以提供額外的沉淀強化效果。Mo和Nb的協(xié)同作用，通過形成Nb(Mo)(C， N)顆粒提高鋼的沉淀強化效果。由于鈮也有助于相變過程的控制，因此直接淬火的Mn—Mo—Nb鍛鋼展現(xiàn)出特別高的屈服強度和良好的韌性。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
發(fā)展高強度緊固件用鋼的主要技術路線可以概括為，采用微合金化非調質棒線材制造非熱處理緊固件，對需要熱處理材鋼種要減少合金元素含量來防止高強度緊固件的延遲斷裂。
a) 低C—Nb／V—Nb鐵素體—珠光體鋼：
在1980年，新日鐵首先開發(fā)一種Nb—V—Ti非調質鋼線材用來生產(chǎn)冷鐓螺栓，其強度水平達到 700MPa而不需進行球化退火、淬火或回火。鋼的化學成份為低碳 0.10%C～1.5%Mn，添加少量的 Nb、V和Ti，在控軋控冷條件下，獲得適當?shù)蔫F素體和珠光體組織。另外一種低C—Nb／V—Nb鐵素體—珠光體鋼，利用鈮的沉淀析出以及晶粒細化作用也可以滿足級別為 8.8緊固件的技術要求。
低C—Mri—Nb—B貝氏體鐵素體非調質鋼
為生產(chǎn)搞拉強度800～1000MPa的高強度螺栓緊固件,傳統(tǒng)工藝需要很多熱處理步驟：球化退火、淬火回火(調質處理)。Heritier等報道：使用具有低碳貝氏體組織和一定數(shù)量的均勻分布的馬氏體組織的鈮微合金化低C—Mn—Nb—B非調質鋼 (0.12%C—1.65%Mn—0.08% Nb—B)可以省去這些高成本熱處理工藝，生產(chǎn)強度水平在1000～1200MPa范圍的線棒材。添加鈮是利用了鈮的晶粒細化和中間相沉淀析出的強化作用。硼的加入使鋼具有高的淬透性，在軋后冷卻初期促進低碳的貝氏體形成。上述組織是硼／鈮對鋼相變特性的復合作用的結果，可以拉絲和冷鐓。
b) 低C—Mn—Mo—Nb多相鋼
BHS—1和FreeformTM鋼 (Mn—Mo—Nb)的鐵素體—貝氏體—馬氏體多相組織的應力—應變特性是最適合于冷拔和冷鐓加工。連續(xù)的加工硬化特性和快的加工硬化速度使鋼在微量變形之后強度有顯著的提高。而且，這種鋼高的塑性也消除了冷加工過程中發(fā)生斷裂的可能性，也保證了陰?？梢酝耆怀錆M。
由Mn—Mo—Nb鋼制造的緊固件，除強度和韌性指標外，其疲勞性能也優(yōu)于由傳統(tǒng)的淬火回火的C— Mn鋼((Mo)如AISl 1038或者 AISI4037制造的產(chǎn)品。此外，日本還開發(fā)了一種Mn—Mo—Nb和Mn— Cr—Nb針狀鐵素體鋼，適于冷鍛。
c) 低C—Cr—Ti—Nb—B非調質鋼
日本研發(fā)新的含硼鋼種25%C、0.05%Si、1.0%Mn、0.3%Cr、0.05%Ti、0.025%Nb、20ppmB，以軋制狀態(tài)交貨，在冷鐓時.不需進行軟化處理。甚至在軋制狀態(tài)這種鋼的變形抗力都是小到足以進行冷成型，這是由于減少了強化鋼基體的合金元素C、Si和Cr的含量水平所至。添加合金元素硼和鈮分別是為了彌補淬透性的下降和得到細化的晶粒。
d) Cr—Mo—Nb淬火—回火合金鋼
當緊固件的抗張強度超過 1200MPa時，一般的淬火—回火合金鋼都有在服役環(huán)境中易受到氫攻擊的弱點而導致延遲斷裂。為了減少對延遲斷裂的敏感性，建議減少鋼中雜質在原奧氏體晶界含量、加上細化奧氏體晶粒以及改變碳化物沉淀粒子在晶界析出的形態(tài)。一種能抵抗延遲斷裂，抗張強度為 1500MPa的鋼，推薦的化學成分為： 0.35%C，0.20%Si，0.35%Mn，0.010%P，0.010%S，1.25% Cr，0.40%Mo，0.02%Nb。
應當再次指出的是，在微合金化非調質鋼中，鈮有助于保證鋼具有高強度和良好韌性，而V可以提供額外的沉淀強化效果。Mo和Nb的協(xié)同作用，通過形成Nb(Mo)(C， N)顆粒提高鋼的沉淀強化效果。由于鈮也有助于相變過程的控制，因此直接淬火的Mn—Mo—Nb鍛鋼展現(xiàn)出特別高的屈服強度和良好的韌性。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
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