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(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼棒線材(緊固件用鋼)
發(fā)展高強(qiáng)度緊固件用鋼的主要技術(shù)路線可以概括為，采用微合金化非調(diào)質(zhì)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(qiáng)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(diào)質(zhì)鋼線材用來生產(chǎn)冷鐓螺栓，其強(qiáng)度水平達(dá)到 700MPa而不需進(jìn)行球化退火、淬火或回火。鋼的化學(xué)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(dāng)?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(xì)化作用也可以滿足級別為 8.8緊固件的技術(shù)要求。
低C—Mri—Nb—B貝氏體鐵素體非調(diào)質(zhì)鋼
為生產(chǎn)搞拉強(qiáng)度800～1000MPa的高強(qiáng)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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)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(qiáng)度水平在1000～1200MPa范圍的線棒材。添加鈮是利用了鈮的晶粒細(xì)化和中間相沉淀析出的強(qiáng)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(jìn)低碳的貝氏體形成。上述組織是硼／鈮對鋼相變特性的復(fù)合作用的結(jié)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(yīng)力—應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)度和韌性指標(biāo)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(diào)質(zhì)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(jìn)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(jìn)行冷成型，這是由于減少了強(qiáng)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(bǔ)淬透性的下降和得到細(xì)化的晶粒。
d) Cr—Mo—Nb淬火—回火合金鋼
當(dāng)緊固件的抗張強(qiáng)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(dǎo)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(zhì)在原奧氏體晶界含量、加上細(xì)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(qiáng)度為 1500MPa的鋼，推薦的化學(xué)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(yīng)當(dāng)再次指出的是，在微合金化非調(diào)質(zhì)鋼中，鈮有助于保證鋼具有高強(qiáng)度和良好韌性，而V可以提供額外的沉淀強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度和良好的韌性。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
發(fā)展高強(qiáng)度緊固件用鋼的主要技術(shù)路線可以概括為，采用微合金化非調(diào)質(zhì)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(qiáng)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(diào)質(zhì)鋼線材用來生產(chǎn)冷鐓螺栓，其強(qiáng)度水平達(dá)到 700MPa而不需進(jìn)行球化退火、淬火或回火。鋼的化學(xué)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(dāng)?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(xì)化作用也可以滿足級別為 8.8緊固件的技術(shù)要求。
低C—Mri—Nb—B貝氏體鐵素體非調(diào)質(zhì)鋼
為生產(chǎn)搞拉強(qiáng)度800～1000MPa的高強(qiáng)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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)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(qiáng)度水平在1000～1200MPa范圍的線棒材。添加鈮是利用了鈮的晶粒細(xì)化和中間相沉淀析出的強(qiáng)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(jìn)低碳的貝氏體形成。上述組織是硼／鈮對鋼相變特性的復(fù)合作用的結(jié)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(yīng)力—應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)度和韌性指標(biāo)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(diào)質(zhì)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(jìn)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(jìn)行冷成型，這是由于減少了強(qiáng)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(bǔ)淬透性的下降和得到細(xì)化的晶粒。
d) Cr—Mo—Nb淬火—回火合金鋼
當(dāng)緊固件的抗張強(qiáng)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(dǎo)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(zhì)在原奧氏體晶界含量、加上細(xì)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(qiáng)度為 1500MPa的鋼，推薦的化學(xué)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(yīng)當(dāng)再次指出的是，在微合金化非調(diào)質(zhì)鋼中，鈮有助于保證鋼具有高強(qiáng)度和良好韌性，而V可以提供額外的沉淀強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度和良好的韌性。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
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