10.9级紧固件用贝氏体型非调质冷镦钢的研究现状

综述了紧固件用非调质冷镦钢的发展现状,从晶粒细化、位错强化等方面深入探讨其强韧性机理,阐明冷镦钢轧材和深加工紧固件的组织性能调控关键。最后总结了现阶段非调质冷镦钢发展趋势和研究重点,旨在为10.9级高强度非调质冷镦钢的研发和生产提供理论依据。

硼对Mn-Si-Cr系贝氏体型非调质钢过冷奥氏体连续转变行为的影响

本文采用热膨胀法结合硬度法及金相法研究了添加0.0016%(质量分数)的B与未加B的Mn⁃Si⁃Cr系贝氏体型非调质钢在不同冷却速度(0.02~44℃/s)下过冷奥氏体的连续冷却转变行为。结果表明,B元素的添加使得高温铁素体+珠光体转变受到明显抑制而促进了中温贝氏体转变,降低了贝氏体开始转变温度和形成贝氏体的冷却速度,使得实验钢获得最大贝氏体体积分数(约80%)的冷却速度由未加B钢的~0.17℃/s降到添加B钢的~0.13℃/s。B的添加能够提高实验钢的硬度,硬度增量随着冷却速度的增加呈现先增大后减小的趋势,并在0.28℃/s时硬度增量达到峰值为55 HV5。在目前的成分体系下,很难获得体积分数接近100%的贝氏体组织,需要进一步优化实验钢的成分体系,以便在尽可能宽的冷却速度范围内获得尽可能多的贝氏体组织。

回火温度和时间对贝氏体型非调质钢力学性能的影响

通过常规力学性能测试设备和SEM,XRD研究了回火温度和回火时间对贝氏体型非调质钢力学性能的影响。研究结果表明:在300～600℃不同温度保温2h的回火处理后,屈服强度在350℃达到峰值,在450℃落到谷值;抗拉强度随回火温度的提高一直下降;硬度在550℃以上才明显下降;而冲击韧性在325℃达到峰值,在450℃落到谷值。在350℃不同时间回火后,屈服强度和抗拉强度并没有随回火时间的延长明显下降,而冲击韧性在保温2h时达最大值,之后急剧下降。

贝氏体型冷作强化非调质钢的氢致延迟断裂行为

采用电化学充氢和慢拉伸应变速率实验(SSRT)研究了形变和时效处理对一种低碳-Mn-B-Ti系贝氏体型冷作强化非调质钢氢致延迟断裂行为的影响规律。结果表明,无论热轧态还是拉拔态试样,充氢后试样的耐延迟断裂性能显著降低。在拉拔变形初期,减面率γ<20%时,耐延迟断裂性能降低的幅度较大;而随着拉拔量的继续增加,耐延迟断裂性能降低的趋势变缓。实验料拉拔后进行时效处理有助于其耐延迟断裂性能的改善,当时效温度提高到200℃以上时这种改善作用比较明显。

贝氏体型非调质钢微合金碳氮化物的应变诱导析出

在Gleeple1 5 0 0热模拟实验机上采用应力松弛法确定了一种贝氏体型SBL非调质钢微合金碳氮化物的沉淀析出行为 ,并讨论形变量。

钒及奥氏体化温度对Mn-Cr系贝氏体型非调质钢过冷奥氏体连续冷却转变行为的影响

为了研究V在贝氏体非调质钢连续冷却过程中的作用,运用热膨胀法测定了添加0.13%(质量分数,下同)V与未添加V的Mn-Cr系贝氏体非调质钢在不同奥氏体化温度(900℃、1050℃、1150℃)下的连续冷却相变行为,结合硬度法及金相法获得了实验钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)。结果表明,实验钢的CCT曲线受V及奥氏体化温度的影响,提高奥氏体化温度有助于获得贝氏体组织。当奥氏体化温度为900℃时,连续冷却过程中难以获得全贝氏体(≥90%贝氏体,体积分数)组织;当奥氏体化温度提高到1050℃和1150℃时,则可在较低的冷却速度下获得全贝氏体组织。奥氏体化温度为900℃时,V对CCT曲线具有较为显著的影响,贝氏体相转变的冷却速度范围和贝氏体含量增大;当奥氏体化温度提高到1050℃和1150℃时,V元素降低了获得全贝氏体组织的最低冷却速度,从0.83℃/s和0.26℃/s分别降低为0.43℃/s、0.16℃/s,且扩大了贝氏体相变范围,在低至0.08℃/s的冷却速度下即可获得贝氏体组织。添加V元素能够提高实验钢的硬度,但提高程度受奥氏体化温度及冷却速度的影响。在奥氏体化温度为900℃、冷却速度为0.88℃/s时硬度增量达到峰值(66HV5);在奥氏体化温度为1050℃和1150℃时,硬度增量明显降低,硬度增量峰值分别为38HV5和30HV5,且对应的冷却速度显著降低,分别为0.17℃/s和0.08℃/s。

Si含量对高强度高韧性贝氏体型非调质钢屈强化的影响

热锻用贝氏体型调质钢具有优良的抗拉强度性能和冲击特性。但贝氏体型非调质钢的屈服强度与普通热锻用调质钢相比还不尽如人意，因此，了为提高热锻用高强高韧贝氏体型非调质钢的屈强比（σ0．2／σ B），进行了包括热处理操作在内的若干调查研究，所得结果如下：（1）通过450－600℃回火处理，提高了贝氏体型非调质钢的屈强比。（2）通过控制制冷却速度也提高了贝氏体型非调质钢的屈强比；在控制冷却速度处理过程中，锻钢通常空冷到接近贝氏体转变开始温度，然后装箱缓冷。（3）[Si]含量与残余奥氏体量有关；残余奥氏体量少时可获得较高的屈强比。由于残余奥氏体（从晶体结构观点考虑认为残余奥氏体比基体更易变形）量的降低，钢中的局部变形得到抑制。（4）残余奥氏体量与[Si]含量相关，[Si]含量较低时，残余奥氏体量少。看来会发生这种现象；由于在从奥氏体向贝氏体转变的过程中推迟碳扩散的[Si]含量少而抑制了奥氏体相的碳富集，所以奥氏体难以保持在室温。（5）因此，通过降低[Si]含量来抑制残余奥氏体量就能无需进行补热处理操作而提高屈强比，从节能和经济性角度考虑，认为这种方法是最可取的。根据上述研究结果，本公司已开发了具有更高屈强比的新的贝氏体型非调质钢，并且已将这些钢实际用作卡车转向件用材料。

贝氏体非调质钢FAS2225轧坯孔洞缺陷分析及工艺改进

FAS2225钢(/%:0.26C,0.35Si,1.99Mn,0.013P,0.046S,0.54Cr,0.12V,0.02Mo,0.08Ni,0.001 20,0.007 0N)的生产流程为铁水预处理-60t顶底复吹转炉-LF-VD-300 mm×360 mm坯连铸-连轧。在215 mm×213mm轧坯上出现中心开裂形成孔洞。经分析得出,加热速度过快及温度梯度过大产生的热应力和组织应力使连铸坯发生开裂造成轧制过程孔洞缺陷。通过预热段加热温度从900℃降至750℃,延长加热时间、温度梯度从△200℃降至△100℃有效遏制了孔洞缺陷的产生。

回火对非调质SG钢组织和性能的影响

采用低频力学谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜并结合JMatPro软件分析了贝氏体型非调质SG钢在350°C回火后的组织及强韧化机制,分析其内耗与温度的关系曲线中Snoek峰、SKK峰及其微观形貌,探讨了贝氏体中铁素体的碳原子分布及析出行为、粒状贝氏体中岛状马氏体/奥氏体的分解规律.结果表明:未回火SG钢的Snoek峰强度极低,且贝氏体中铁素体的固溶碳原子含量较低;经350°C回火2 h后,SG钢的屈服强度最高.这是由于析出强化和位错强化共同作用的结果,其中分解出现的弥散碳化物Cr7C3相起到了主要作用.

SBL非调质钢热变形奥氏体的动态再结晶

利用Gleeble 1500热模拟试验机研究了贝氏体型SBL非调质钢热变形奥氏体的动态再结晶行为。

V+Ti微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢的氢脆敏感性

利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸和氢热分析试验,结合SEM、TEM及EBSD微观组织分析,对比研究了一种V+Ti微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢在锻态和500℃回火态的氢逸出行为及氢脆敏感性。结果表明,具有粒状贝氏体组织的锻态试样经500℃处理后块状M/A组元分解,并析出纳米级细小的(V,Ti)(C,N)和渗碳体,这使得回火态试样的抗拉强度降低而屈服强度显著提高。锻态和回火态试样预充氢吸附的氢主要为可扩散性氢,回火态试样中吸附的氢含量略低于锻态试样。以相对缺口抗拉强度降低表征的氢脆敏感性指数由锻态试样的31.8%降低为回火态试样的12.8%,500℃回火处理引起的微观组织变化是回火态试样具有优异抗氢脆性能的主要原因。

汽车前轴用贝氏体型非调质钢连续冷却转变

采用DIL805L型膨胀仪研究了一种汽车前轴用贝氏体型非调质钢的连续冷却相变组织变化规律,分析了合金元素和冷却速度对CCT曲线、相变组织和显微硬度的影响。结果表明,锰、硅、铬、钒、硼等元素的加入使得贝氏体型非调质钢FAS2225珠光体和贝氏体转变曲线完全分离,可以在较宽的冷却速度范围内得到贝氏体组织,当冷却速度大于0.1℃/s时,均可获得贝氏体组织。随着冷却速度的提高,试验钢的显微硬度增大,当冷却速度为0.1以及2℃/s时,硬度增加的幅度发生明显改变。

转向节用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能

利用旋转弯曲疲劳试验方法对比研究了新开发的两种转向节用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能。结果表明,两种不同碳含量的贝氏体型非调质钢具有细小均匀的贝氏体铁素体+M-A岛组成的粒状贝氏体组织;两者具有相当的强度水平和疲劳性能,但其疲劳性能低于同等强度水平的调质钢。与锻态相比,正火处理后,试验料的抗拉强度和疲劳强度均有一定程度的降低,但屈强比和疲劳极限比明显提高。对疲劳断口的分析表明,试验料的疲劳裂纹均起源于表面基体,疲劳裂纹以准解理机制扩展。裂纹扩展速率试验表明,含碳量较低的试验料的疲劳裂纹扩展速率da/d N明显低于含碳量较高的试验料。

锻造用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能

利用旋转弯曲疲劳试验方法研究了新开发的一种锻造用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能,并与典型的钒微合金化的铁素体-珠光体型非调质钢F38MnVS和调质钢40Cr进行了对比。结果表明,开发的贝氏体型非调质钢具有细小均匀的粒状贝氏体组织,在锻态的疲劳极限比达到了调质钢40Cr水平,但在正火后的疲劳性能有所降低。与同样钒微合金化的铁素体+珠光体钢F38MnVS相比,具有粒状贝氏体组织的试验钢的疲劳极限比较低。对疲劳断口的分析表明,贝氏体钢的疲劳裂纹均起源于试样的基本表面,疲劳裂纹以准解理机制扩展。进一步裂纹扩展速率试验表明,贝氏体钢的疲劳裂纹扩展速率da/dN明显低于铁素体+珠光体型非调质钢F38MnVS。

回火对钒钛微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢组织和性能的影响

为了进一步优化贝氏体非调质钢锻件的组织和性能,采用组织观察、力学性能测试等方法研究了回火温度(200~500℃)对一种钒钛微合金化Mn-Cr系贝氏体型非调质钢锻后微观组织及力学性能的影响。结果表明,实验用钢锻态时的组织为板条状下贝氏体+粒状贝氏体的混合组织。随着回火温度升高,组织逐渐发生回复,马氏体/奥氏体(M/A)组元逐渐分解,并析出细小的渗碳体;回火温度提高到500℃时,M/A组元完全分解,渗碳体球化。随着回火温度升高,实验用钢的抗拉强度逐渐降低,从锻态的1418 MPa逐渐降低到500℃回火时的1094 MPa;而屈服强度则呈现先缓慢增加后降低的变化趋势,在400℃回火时达到峰值;屈强比由锻态时的0.73逐渐升高至500℃回火时的0.93。与强度变化趋势不同,实验用钢的冲击功随回火温度呈现先增加后降低,最后再增加的变化特征,在400℃回火时冲击吸收功最小,呈现出一定的回火脆性;而500℃回火后冲击功最大,较锻态样品提高约27%。因此,对实验用钢锻后进行适当的回火处理,有利于获得与调质合金钢相当的良好综合力学性能,从而有助于扩大其应用范围。