劉瑞寧1，2，王福明1，李 強2
(1 北京科技大學 冶金與生態(tài)工程學院，北京 100083；2 石家莊鋼鐵公司 技術中心，河北 石家莊 050031)
摘 要:介紹了微合金非調質鋼的發(fā)展及其應用現(xiàn)狀，開發(fā)微合金非調質鋼符合鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和石鋼公司的“邊緣-精進”戰(zhàn)略。
關鍵詞:微合金；非調質鋼；發(fā)展；應用
2.3 微合金元素在非調質鋼中的作用
釩、鈮、鈦等合金元素是微合金非調質鋼中最常添加的碳氮化合物形成元素，與鐵相比，它們在鋼中與碳和氮有更強的化學親和力，形成更穩(wěn)定的碳氮化合物，并通過細化晶粒和沉淀析出改善微合金非調質鋼的力學性能。
釩:釩是微合金化元素中最常用而又有效的強化元素，其主要作用是通過形成V(C，N)來影響鋼的組織和性能。V(C，N)主要在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，細化鐵素體晶粒，增加鋼的強度。釩對鋼轉變特性也有影響，當單獨加入釩時，它并不抑制鐵素體晶粒的形成，它卻能加速珠光體的形成。在低VN鋼和不含釩的高氮鋼中只有晶界鐵素體，而無晶內(nèi)鐵素體。釩還對氮具有較強的親和力，活躍的氮或“自由”氮在鋼中含量高于120×10-6時，具有應變時效性。當加入少量釩后，釩與碳和“自由”氮結合形成V(C，N)化合物，降低了鋼中“自由”氮含量，使鋼具備了非應變時效性。釩的碳氮化合物具有細化晶粒增加強度的作用，強度隨釩含量的增加呈直線增長，如果釩含量超過0.15%，其韌性則降低很多。在常規(guī)鍛造加熱溫度下，微合金非調質鋼中的釩可完全溶解于奧氏體中，固釩的利用率高，在鋼中釩的添加量一般控制在0.08%～0.13%。
鈮:鈮是非調質鋼中添加的另一主要元素。鈮要求高的奧氏體化溫度，在加熱溫度高達1200℃時也能有效抑制奧氏體晶粒尺寸的長大，推遲奧氏體再結晶，有強烈細化晶粒的作用。溶解于奧氏體中的鈮能阻止γ→α相變，從而使珠光體體積分數(shù)提高。當碳含量為0.3%～0.4%時，鈮完全固溶的溫度為1325～1360℃。當加熱到1100℃時，鈮幾乎沒有固溶；在1300℃時，只有50%固溶。鈮的固溶量少，在奧氏體中擴散慢，在熱加工時誘導沉淀的碳氮化合物體積減少，因此它的沉淀強化作用小。所以，用于熱鍛的微合金非調質鋼，一般不宜單獨添加鈮。試驗表明:當復合添加鈮、釩元素時，既能提高鋼的強度又能改善鋼的韌性。
鈦:鈦的作用與鈮相似，其溶解溫度比鈮更高，固細化晶粒作用比鈮更強。在鍛造溫度條件下，鈦在奧氏體中的溶解度很低，因此不能將鈦用作鍛鋼中產(chǎn)生析出強化的添加元素，鈦的化合物可作為晶內(nèi)鐵素體的核心，提高鋼的韌性。在微合金非調質鋼中，鈦的含量為0.0.%～0.04%[6]。鈦的氮化物TiN在高溫下穩(wěn)定，加入0.0.%左右的鈦可以有效保護鍛造過程中奧氏體晶粒的細小[7]。
另外，氮在含釩微合金非調質鋼中以化合物的形式存在，其主要作用是促進釩的析出，提高沉淀析出強化效果，細化晶粒，提高TiN的穩(wěn)定性和節(jié)約釩合金等。
2.4 微合金非調質鋼的應用現(xiàn)狀
近幾年來，寶鋼、攀鋼、東北特鋼、興澄特鋼等特鋼企業(yè)和研究院所合作，成功地將中國自行開發(fā)的鐵素體-珠光體、貝氏體、低碳馬氏體型等微合金非調質鋼應用于制作汽車發(fā)動機曲軸、連桿、汽車前橋等零件。其中，一汽先后應用35MnVS，38MnVTi，42VS，40MnVS代替55鋼，40MnB，45鋼，40Cr鋼在CA6102連桿、CA141半軸、滑動叉、輕型車扭臂等零件進行了試驗研究；二汽公司自1978年開發(fā)應用微合金非調質鋼以來，已先后對東風系列汽車的20余種零件采用微合金非調質鋼進行了試制，采用35MnV代替40MnB生產(chǎn)EQ6100發(fā)動機連桿，采用48MnV代替40Cr生產(chǎn)康明斯發(fā)動機曲軸等，部分已實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。另外，江鈴汽車、南京汽車、天津汽車等汽車制造廠的微合金非調質鋼用量也逐年大幅度增加。從用材工藝技術分析，在汽車車身、車身附件及零件、變速箱總成、驅動橋總成、懸掛減震器、離合器及零件，轉向系統(tǒng)及零件中有15%的鋼結構零件可用微合金非調質鋼代替。目前，部分用戶的微合金非調質鋼使用情況見表1。
2.5 國內(nèi)生產(chǎn)情況
目前國內(nèi)生產(chǎn)微合金非調質鋼的廠家主要集中在特鋼企業(yè)，除攀鋼、興澄特鋼、東北特鋼等企業(yè)外，年產(chǎn)量大都在萬噸以下。
2.5.1 生產(chǎn)工藝
目前國內(nèi)微合金非調質鋼的生產(chǎn)廠家以特鋼廠電爐冶煉(短流程)為主，生產(chǎn)工藝為:電爐冶煉→LF(VD)爐→模鑄(連鑄)→軋鋼(控軋)→成品(控冷)，只有個別生產(chǎn)廠家采用轉爐冶煉(攀鋼、寶鋼等)(表2)。
2.5.2 執(zhí)行標準情況
1996年3月1日實施的微合金非調質機械結構鋼GB/T15712—1995標準中按加工方法的不同將微合金非調質鋼分為鍛造和切削用非調質鋼兩類共9個牌號，從金相組織上來講全部屬于鐵素體-珠光體型。而冷作強化非調質鋼、高強度高韌性非調質鋼(包括鐵素體-珠光體型、低碳貝氏體型、低碳馬氏體型)等均未列入該標準。按照調質鋼強度級別BS970標準，把微合金非調質鋼劃分為四個強韌性級別，中國研制的非調質鋼種(GB/T15712—1995)已達到前兩個級別標準，與國際上20世紀90年代初期水平相當。
目前執(zhí)行的“非調質機械結構鋼標準”涵蓋鋼種面較小，只占現(xiàn)在顧客使用微合金非調質鋼牌號中的30%左右。國內(nèi)一些合資汽車制造廠在引進生產(chǎn)工藝、技術的同時，所使用的材料為進口非調質鋼，雖然部分材料已逐漸國產(chǎn)化，但仍按相應國外標準要求進行生產(chǎn)，如上汽、長安汽車、江鈴汽車使用德國牌號49MnVS3生產(chǎn)汽車發(fā)動機曲軸等，該類用戶約有20%。隨著微合金非調質鋼的快速發(fā)展，國家標準內(nèi)的牌號遠遠不能適應顧客的需求，目前大多用戶根據(jù)自己的設計要求及加工使用情況，向材料生產(chǎn)廠家提出性能以及低倍、非金屬夾雜物等具體的技術、質量指標要求，與材料生產(chǎn)廠家簽訂供貨技術協(xié)議，該類用戶約占50%。
3 結束語
微合金非調質鋼以其節(jié)約能源、減少工件變形和開裂、減少環(huán)境污染等優(yōu)點，受到世界各主要工業(yè)化國家的普遍重視，尤其是改善微合金非調質鋼韌性新技術的采用，完善了產(chǎn)品系列，擴大了使用范圍，并大規(guī)模應用于機械制造業(yè)，特別是汽車工業(yè)。從國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策看，微合金非調質鋼具有較大的發(fā)展空間。
——摘自《中國金相分析網(wǎng)》
冀公網(wǎng)安備13050002001422號