低合金結(jié)構(gòu)鋼
1.用途主要用于制造橋梁、船舶、車(chē)輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。
2.性能要求
(1)高強(qiáng)度:一般其的屈服強(qiáng)度在300MPa以上。
(2)高韌性:要求延伸率為15%~20%,室溫沖擊韌性大于600kJ/m~800kJ/m。對(duì)于大型焊接構(gòu)件,還要求有較高的斷裂韌性。
(3)良好的焊接性能和冷成型性能。
(4)低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。
(5)良好的耐蝕性。
3.成分特點(diǎn)
(1)低碳:由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高,其碳含量不超過(guò)0.20%。
(2)加入以錳為主的合金元素。
(3)加入鈮、鈦或釩等輔加元素:少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細(xì)碳化物或碳氮化物,有利于獲得細(xì)小的
鐵素體晶粒和提高鋼的強(qiáng)度和韌性。
此外,加入少量銅(≤0.4%)和磷(0.1%左右)等,可提高抗腐蝕性能。加入少量
稀土元素,可以脫硫、去氣,使鋼材凈化,改善韌性和工藝性能。
4.常用低合金結(jié)構(gòu)鋼
16Mn是我國(guó)低合金高強(qiáng)鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種。使用狀態(tài)的組織為細(xì)晶粒的鐵素體—珠光體,強(qiáng)度比
普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235高約20%~30%,耐大氣腐蝕性能高20%~38%。
15MnVN中等級(jí)別強(qiáng)度鋼中使用最多的鋼種。強(qiáng)度較高,且韌性、焊接性及低溫韌性也較好,被廣泛用于制造橋梁、鍋爐、船舶等大型結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)度級(jí)別超過(guò)500MPa后,
鐵素體和
珠光體組織難以滿(mǎn)足要求,于是發(fā)展了
低碳貝氏體鋼。加入Cr、Mo、Mn、B等元素,有利于空冷條件下得到貝氏體組織,使強(qiáng)度更高,塑性、焊接性能也較好,多用于
高壓鍋爐、高壓容器等。
5.熱處理特點(diǎn)
這類(lèi)鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用,不需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的
熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體。
合金滲碳鋼
1.用途主要用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)中的變速齒輪,內(nèi)燃機(jī)上的
凸輪軸、
活塞銷(xiāo)等機(jī)器零件。這類(lèi)零件在工作中遭受強(qiáng)烈的摩擦磨損,同時(shí)又承受較大的交變載荷,特別是沖擊載荷。
2.性能要求
(1)表面滲碳層硬度高,以保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力,同時(shí)具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。
(2)心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度。心部韌性不足時(shí),在沖擊載荷或過(guò)載作用下容易斷裂;強(qiáng)度不足時(shí),則較脆的滲碳層易碎裂、剝落。
(3)有良好的熱處理工藝性能在高的滲碳溫度(900℃~950℃)下,奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大,并有良好的淬透性。
3.成分特點(diǎn)
(1)低碳:碳含量一般為0.10%~0.25%,使零件心部有足夠的塑性和韌性。
(2)加入提高淬透性的合金元素:常加入Cr、Ni、Mn、B等。
(3)加入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素:主要加入少量強(qiáng)碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等,形成穩(wěn)定的合金碳化物。
4.鋼種及牌號(hào)
20Cr低淬透性合金滲碳鋼。這類(lèi)鋼的淬透性低,心部強(qiáng)度較低。
20CrMnTi中淬透性合金滲碳鋼。這類(lèi)鋼淬透性較高、過(guò)熱敏感性較小,滲碳過(guò)渡層比較均勻,具有良好的機(jī)械性能和工藝性能。
18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金滲碳鋼。這類(lèi)鋼含有較多的Cr、Ni等元素,淬透性很高,且具有很好的韌性和低溫沖擊韌性。
5.熱處理和組織性能
合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火,再低溫回火。熱處理后,表面滲碳層的組織為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織,硬度為60HRC~62HRC。心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān),完全淬透時(shí)為低碳回火馬氏體,硬度為40HRC~48HRC;多數(shù)情況下是屈氏體、
回火馬氏體和少量鐵素體,硬度為25HRC~40HRC。心部韌性一般都高于700KJ/m
2。
合金調(diào)質(zhì)鋼
1.用途合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床和其它機(jī)器上的各種重要零件,如齒輪、軸類(lèi)件、連桿、螺栓等。
2.性能要求調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷,受力情況比較復(fù)雜,要求高的綜合機(jī)械性能,即具有高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同,對(duì)淬透性的要求不一樣。
3.成分特點(diǎn):
(1)中碳:碳含量一般在0.25%~0.50%之間,以0.4%居多;
(2)加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等:這些合金元素除了提高淬透性外,還能形成合金鐵素體,提高鋼的強(qiáng)度。如調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多;
(3)加入防止第二類(lèi)回火脆性的元素:含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼,高溫回火慢冷時(shí)易產(chǎn)生第二類(lèi)回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類(lèi)回火脆性,其適宜含量約為0.15%~0.30%Mo或0.8%~1.2%的W。
4.鋼種及牌號(hào)
(1)40Cr低淬透性調(diào)質(zhì)鋼:這類(lèi)鋼的油淬臨界直徑為30mm~40mm,用于制造一般尺寸的重要零件。
(2)35CrMo中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼:這類(lèi)鋼的油淬臨界直徑為40mm~60mm,加入鉬不僅可提高淬透性,而且可防止第二類(lèi)回火脆性。
(3)40CrNiMo高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼:這類(lèi)鋼的油淬臨界直徑為60mm-100mm,多半是鉻鎳鋼。鉻鎳鋼中加入適當(dāng)?shù)你f,不但具有好的淬透性,還可消除第二類(lèi)回火脆性。
5.熱處理和組織性能合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火(調(diào)質(zhì)處理)。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性較高,一般都用油,淬透性特別大時(shí)甚至可以空冷,這能減少熱處理缺陷。
合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500℃-650℃回火。通過(guò)選擇回火溫度,可以獲得所要求的性能。為防止第二類(lèi)回火脆性,回火后快冷(水冷或油冷),有利于韌性的提高。
合金調(diào)質(zhì)鋼常規(guī)熱處理后的組織是
回火索氏體。對(duì)于表面要求耐磨的零件(如齒輪、主軸),再進(jìn)行
感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火,表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達(dá)55HRC~58HRC。
合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強(qiáng)度約為800MPa,沖擊韌性在800kJ/m
2心部硬度可達(dá)22HRC~25HRC。若截面尺寸大而未淬透時(shí),性能顯著降低。