NbVB复合微合金化对大截面轧制非调质钢组织性能的影响

1、Nb-V-B复合微合金化对大截面轧制非调质钢组织性能的影响马鸣图,李志刚,路洪洲,赵国刚(中国汽车工程研究院重庆 400039摘要:近20年来,为节约成本尤其是为节省热处理工序成本,微合金非调质钢在汽车工业得以开发并被广泛应用。为了改善汽车安全零部件的韧性和疲劳寿命,微合金化非调质钢主要以降低碳含量和配合加入微合金元素V、Nb、Ti而逐步优化。本文总结了国内外这类钢的研究与生产情况,同时,也介绍了含Nb弹簧钢和表面硬化钢的研究与开发进展。关键词:微合金化,非调质钢,进展,铌,钒0. 前言全人类面对气候变暖必须节能减排,目前大气中的二氧化碳的含量为380PPm,而人类生存感觉良好的极限含量为43

2、0PPm。非调质钢替代调质钢可以有效节能减排1,以年产4万台推土机的半轴为例,每年耗钢为5120吨,采用非调质钢代替调质钢仅省去热处理一项,每年可节电410万度,相当于1640吨标煤,可减排二氧化碳5000吨。此外,采用非调质钢还可以减少调质生产环境的污染(淬火油液排放和废气的排放污染 2,消除热处理造成的废品,节材1%10%,节省工具费30%40%,缩短生产周期25%30%,节约工时10%20%,因此可以看出应用非调质钢可以有效节能减排,并提高产品质量3。1. 目的某工程机械半轴(见图1原用材料为40Cr,经调质处理,加工工艺为:圆钢下料调质处理矫直机加工感应淬火清理,圆钢直径为60mm,调

3、质后的性能见表1,淬硬层深度:距表面1/4半径处的组织马氏体含量应大于80%。某工程机械推土机半轴用的非调制钢的要求见表1。本文的目的就是用Nb-V-B复合微合金化对大截面轧制非调质钢替代调质钢,并研究Nb-V-B复合微合金化对大截面轧制非调质钢组织性能的影响。表1某工程机械半轴用材要求RmRp0.2A5ZAku 40Cr调质后的性能要求880MPa 600MPa 15% 45% 58J 非调制钢的要求 880MPa 600MPa 15% 45% 47J图1 某工程机械半轴用材要求2010全国微合金非调质钢学术年会论文集2.合金设计和冶金工艺根据以上分析和探讨,选定两种合金成分,一种是含铌的,

4、一种是不含铌的,具体成分如下表2:表2 两种非调制钢化学成分1.24 0.0110.0150.55微量0.0160.025 0.119 0.018冶金生产工艺为:100tEAF 100tLF 100t VD CCM (340*300mm 缓冷或温送加热轧制控制冷却切断矫直倒棱检验、修磨包装、入库。轧制规格为Ø60.从Ø60二分之一半径处切取力学性能试样,试样的直径为Ø8mm ,标距部分长度为45mm ,在电子拉伸试验机上进行拉伸试验测量力学性能,用同样的取样方法切取冲击性能试样,试样大小为:10×10×55,在Wolfter 数字冲击试验机上测

5、量冲击性能,并记录冲击曲线。3. 测试分析结果两种钢的力学性能试验结果见表3。两种钢的冲击韧性冲击曲线见图2。表3两种钢的力学性能试验结果炉号 Rp0.2,MPa Rm ,MPa A5,% Z,% HB 109 560 860 18.1 62 251 110 660 940 16.7 47 260注:以上数据为3个试样的平均值 。 (a (b图2两种钢的冲击韧性: (a 炉号110 aku 平均值38.43 (b 炉号109 aku平均值12.0 (a (b(c (d图3 炉号110材料的金相组织:(a(b珠光体组织,(c(d 铁素体和珠光体组织(a (b(c (d图4 炉号109材料的金相组

6、织:(a(b珠光体组织,(c(d 铁素体和珠光体组织从图3、图4可见,在相同放大倍数下,110炉号材料的晶粒尺寸明显小于109炉号材料的晶粒尺寸,同时110炉号材料的珠光体片间距明显较109炉号材料的珠光体片间距减少,可见,Nb-V复合微合金化可以细化晶粒并减少珠光体片间距,同时根据表3的力学性能数据可见,Nb-V复合微合金化使非调制钢达到析出强化的效果。由图5图6可知,110炉材料起裂区为准解理+撕裂,109炉材料起裂区为解理+撕裂;110炉材料扩展区和109炉扩展区都为解理,110炉材料最后断裂区为韧窝+撕裂,109炉材料为解理+二次裂纹,结合图2常温冲击结果综合分析可知,110炉含Nb钢

7、的韧性明显优于不含Nb的109炉钢。 2010全国微合金非调质钢学术年会论文集 (a (b (c 图5 炉号110材料冲击断口: (a起裂区(b扩展区 (c 断裂区 (a (b (c 图6炉号109材料冲击断口: (a起裂区(b扩展区(c 断裂区4. 结论(1有限元分析结果表明用非调质钢可能代替调质钢制造某工程机械推土机半轴,保证相应的安全系数;(2铌-钒复合微合金化可以有效细化非调质钢的晶粒和珠光体的片间距,从而可以有效的提高非调质钢的强度和韧性。参考文献:1 Mingtu Ma, Guozhong Li, Zhigang Li,Hongzhou Lu , The Influence of Sulfide Morphology and Distribution on Mechanical Properties and Fatigue Life of Non-quenched and Tempered Stee