非调质钢的简介及应用

非调质钢是在热轧状态或正火状态或锻造后空冷状态下具有与调质热处理态相当的综合力学性能的中碳低合金结构钢。其显微组织主要是铁素体和珠光体。提高非调质钢强度的方法,主要是通过添加合金元素和轧制,细化组织。常采用对于焊接性影响较小而又廉价的硅和锰作为非调质钢主要合金元素。通过控制轧制也可细化组织,提高非调质钢的强度和韧性。
非调质钢的强化机制不同于调质强化机制。析出沉淀强化、细晶强化是非调质钢的主要强化机制。在轧制温度下,钢中的v、nb、ti等合金碳氮化合物较充分溶入奥氏体,使奥氏体充分合金化,在轧、锻冷却过程中析出大量弥散分布的微细合金碳氮化合物,发生沉淀强化以及先共析铁素体呈细小、弥散析出,分割和细化奥氏体晶粒,从而使钢的强度与硬度增加,基体组织显著强化。
非调质钢的性能不仅与冶炼有关,也与后续加工工艺紧密相联。通过一定的加工处理,非调质钢的良好性能可得到充分发挥,不通过调质处理而具有综合力学性能,这种工艺可称作非调质钢强韧化工艺。
非调质钢强韧化工艺技术的实质是:使用非调质钢制作紧固件,运用热加工并控制其工艺参数,使紧固件获得所需要的力学性能。
应用非调质钢,除了了解其轧制态的力学性能,还必须研究非调质钢强韧化工艺,掌握工艺参数对非调质钢组织和力学性能的影响。非调质钢的应用,不是简单的钢材“替代”。
非调质钢的经济技术特点:①非调质钢的规格(尺寸)效应较小,其强度和硬度沿零件截面积的分布较均匀,提高了零件的整体强度。②避免了调质过程中的工件的变形、开裂,而产生废品的风险,提高了成品率。③减少了高能耗的热处理,节能减排。④缩短生产周期,提高劳动生产率,节约生产管理费用,即降低制造成本,提高企业的效益。⑤良好的切削性能和表面强化性能。
我国的非调质钢应用取得很大的成果。汽车发动机曲轴、连杆、汽车前桥等零件已经成功应用我国自行开发的铁素体+珠光体、贝氏体、低碳马氏体等非调质钢制作。汽车车身、车身附件、变速箱总成、驱动桥总成、悬挂减震器、离合器、转向系统中有相当多的零部件的材料为非调质钢。
目前,汽车制造业的非调质钢工艺应用较为普遍,其他行业仅有少量应用。主要原因是:①与汽车制造业相比,其他行业有行业的特殊性,同种零部件批量小,大小形状千差万别,不容易被归类,尤其是性能要求各异。②对非调质钢缺乏了解,对非调质钢的性能与企业产品的质量要求缺乏科学的分析,只是简单的比较数据。③非调质钢的价格问题以及企业如何看待综合经济效益,新技术应用在企业发展中的地位、技术进步与节能减排的关系。④国产非调质钢的质量稳定性及其非调质钢强韧化工艺技术等因素,也影响细晶非调质钢的紧固件应用。
下列项目可以作为研究非调质钢强韧化工艺及其应用时参考。
1、钢的化学成分、成材变形量或锻造比,原材料的宏观缺陷及各类非金属夹杂物的分布和大小。
2、热处理性能。淬透性曲线,表面强化性能。
3、力学性能。抗拉强度、屈服强度、断面收缩率,断后伸长率、冲击吸收能量(常温、低温)、疲劳强度、硬度。
4、显微组织。观察基体组织,弥散析出的碳化物及氮化物的分布和大小等。
5、机械加工性能。对刀具的磨损及加工效率的影响等。
目前,制造紧固件的非调质钢是以铁素体--珠光体为主要组织的超细晶冷作硬化线材,用于制造8.8~10.9级的外螺纹紧固件。尤其在制造细长杆螺栓、螺柱、u型螺丝和螺杆时,不需调质处理,可避免螺纹的畸变和整体弯曲变形更有优势。在节约能源、保护环境、降低成本方面产生明显效果。

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