目前许多工程钢构件和机器制造结构钢件的强度要求很高,例如深层地下支架钢构件的强度1000MPa以上,但要保证支架及其相关装备的耐久性,需要该类钢具有良好的塑性,这样设备运行便安全可靠[1]。一些重要的钢结构采用高强螺栓,其抗拉强度超过1200MPa,但同时也需要高的韧塑性才能保证螺栓不会发生延迟断裂[2]。此外重载机器设备上的曲轴和齿轮等用钢也要求有良好的强韧性。许多冶金企业正在发展高强度和高韧性的钢。
高强钢要求材料具有最高强度和优良的综合性能,其中包括优良的韧性、抗应力腐蚀开裂能力,高疲劳强度和焊接性能。根据钢中的合金总含量可以将高强钢分为低合金高强钢、中合金高强钢和高合金高强钢[3]。根据合结钢的物理冶金学特点可以将高强钢分为低合金高强钢、二次硬化高强钢和马氏体时效钢。
[1]姚连登,[J].宽厚板,2003,9(1):16-22.
[2][J].冶金管理2007,12:16-19.
[3]:热处理[M].北京:航空工业出版社,1993.
20世纪60年代,人们在生产一些大型高强度低合金钢零部件时,由于淬透性的原因淬火后的组织常含有一定数量贝氏体/马氏体复相组织,发现这种贝氏体/马氏体复相组织的强韧性优于单一马氏体组织。因此,贝氏体/马氏体复相组织引起了人们的重视。T0mita等[21]对40CrNiMo和42CrMo钢的研究结果表明,下贝氏体/马氏体复相组织可以改善钢的强韧性,而上贝氏体/马氏体混合组织恶化钢的强韧性;对4330Si钢和300M钢【22】进行等温处理的实验结果表明,经不同时间等温处理获得的不同无碳化物贝氏体含量的贝氏体/马氏体混合组织均改善钢的强韧性:并且等温处理温度越低,钢的强韧性改善越显著。
20世纪70年代,方鸿生等发明了适合我国资源情况的Mn-B贝氏体钢[23]。现在Mn-B贝氏体钢已发展成为一个从低中高碳的系列钢种,以适应不同强度、不同韧性工件的需要。20世纪90年代初清华大学贝氏体研究及推广中心又开展了Si对中碳、中低碳№一B系贝氏体钢强韧性的研究,试验结果表明适量的硅可显著改善中碳、中低碳Mn-B系贝氏体钢的强韧性。
复相钢的成分设计,采用相变强化为主结合析出强化的复合强化方式。通常添加的合金元素有C、Si、Mn、Cr、Mo等,此外还有微合金元素Nb、Ti等。一般来说,合金元素在钢牛有以下四种存在方式【24】:融入铁素体、奥氏体和马氏体中,以固溶体的溶质形式存在;形成强化相,如融入渗碳体形成合金渗碳体,形成特殊碳化物或金属间化合物等:形成非金属夹杂物,如合金元素与O、N、S等作用形成化合物;有些元素,如Pb、Cu等,既不溶于铁,也不形成化合物,而是以游离态存在。
向复相钢中加入合金元素,一为控制组织,二为控制性能[25]。
控制组织:改变Fe-C平衡图,合金元素对铁的同素异晶转变有很大影响,这一影响主要通过合金元素在Q-Fe和Y-Fe中的固溶度,以及对Y-Fe存在温度区间的影响表现出来。如Mn、Ni、,因而使Y相区扩大,,A3线下降;而Si、Cr、Mo、W等
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