调质钢

作者: 分类: 金属知识 发布于

调质钢,全称调质合金结构钢,是适合于淬火硬化和高温(500~650℃)回火后使用的合金结构钢。调质钢为低、中合金结构钢,如40Cr、40MnB、40CrNiMo、37SiMn2MoV、18Cr2Ni4w等。这类钢在调质(淬火+高温回火)状态具有强度、塑性和韧性的良好配合,即具有良好的综合力学性能。其使用状态的显微组织多为由再结晶后的细晶铁素体基体和分布其内的弥散粒状碳化物组成的回火索氏体。常用于制造各种机械产品中要求良好综合力学性能的各类重要部件,如机床主轴和汽车半轴等轴类件、连杆、高强度螺栓及高强度锚螺等。


调质钢中碳含量的要求

调质钢中碳含量的选择同时考虑了其对淬透性、强度、韧性等多方面的影响,一般在0.25%~0.50%范围内。碳含量过低不易淬硬,强度偏低;过高则使韧性降低并影响可变形性等工艺性能。只有足够高的碳含量才能保证调质后钢中有足够体积的碳化物以保证弥散强化的效果。当有其他保证淬透性和强度的合金元素存在时,调质钢中碳含量可适当降低以获得尽可能高的韧性(如18Cr2Ni4W)和改善焊接性(如用于制造可焊高强度钢板的调质钢)。


合金元素对调质钢的的影响

调质钢中常见合金元素包括铬、镍、锰、硅、钼、钨、钒和硼等。其中铬、锰、镍、硅、硼等可以增大调质钢的淬透性,尤其当复合加入时效果更好。硅、锰、镍等固溶于铁素体基体中,从而提高调质后的钢的硬度和强度。碳化物形成元素钒、钨、钼、铬等能阻止高温回火时碳化物的聚集长大,增强弥散强化的效果。

钼的主要作用在于抑制合金调质钢高温回火时发生第二类回火脆性,多用于较大截面调质件用钢,其含量一般为0.15%~0.30%。

加入微量钒(≤0.12%)可在钢中形成弥散度很高的特殊化合物(如vN等),在淬火加热时有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。镍(<4.5%)和锰(<1.4%)有利于改善调质状态钢的冲击韧性,降低钢的脆性转化温度,尤其镍的效果为最佳。

钢中加入微量稀土元素起细化晶粒、改变非金属夹杂物形态、脱硫、脱氧、去氢及改善高温回火脆性等作用,有利于改善调质钢韧性。

强氮化物形成元素铝主要用于氮化用调质钢(如38CrMoAlA),加速氮化过程,获得很高硬度的氮化层。

钢中的杂质,尤其是磷对调质钢的冲击韧性危害甚大,故调质钢中含磷量应尽可能低,一般应小于或等于O.040%(优质钢)或≤O.035%(高级优质钢),甚至更低。

调质钢

调质钢热处理

调质处理即淬火加高温回火,有些调质件在调质处理后还要进行表面淬火或氮化处理以提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度等。

调质钢淬火的目的在于获得足够深度和数量的马氏体组织(即“淬透”),以保证高温回火后,获得良好的综合力学性能。虽然淬透和未淬透的钢高温回火后可获得类似的硬度、抗拉强度和延伸率,但前者的屈服强度、断面收缩率和冲击韧性要明显高于后者。

调质钢淬火加热温度大都为820~900℃,具体温度视钢的成分而定。硼钢的淬透性对淬火温度的变化十分敏感,更应严格按规定温度淬火加热。除淬透性偏低的调质钢要求水淬外,绝大多数调质钢均采用油作为淬火介质,个别的可淬后空冷。

高温回火用于消除淬火应力、增加韧性和调整强度,是使调质钢综合力学性能最后定型的最重要工序。