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18Cr2Ni4W調質低碳馬氏體結構鋼零件用鋼力學性能
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-08-29
18Cr2Ni4W調質低碳馬氏體結構鋼零件用鋼力學性能
若零部件要求具有特別高的強度（?=1600-1800MPa）時，這時高溫回火得到的回火索氏體組織不能滿足要求，要采用淬火低溫回火，即在250-350℃左右回火，得到中、低碳回火馬氏體組織。回火馬氏體發揮了碳在過飽和α相中的固溶強化、ε-Fe2.4C與基體共格產生的沉淀強化及馬氏體相變的冷作硬化（即加工硬化）等的綜合強化效應。其中，回火馬氏體的強度主要來自固溶在馬氏體α中的碳。研究表明，鋼中碳的質量分數w（C）在0.2%-0.5%范圍，可見，當鋼中w(C)=0.30%時，可獲得?約為1700MPa的高強度。w(C)每增加0.01%，?約增高300MPa。而且，w(C)在0.20%-0.30%的范圍內，回火馬氏體保持較好的韌性和較低的韌-脆轉化溫度；當w(C)超過0.30%，隨著鋼的強度繼續升高，鋼的韌性特別是斷裂韌性下降顯著。
與普通調質鋼一樣，合金元素在該類鋼中的作用也是提高淬透性，保證得到馬氏體組織。但在250-350℃回火，要產生低溫回火脆性。引起這類回火脆性有兩個方面的原因。首先，在這個溫度范圍回火，發生ε-Fe2.4C溶解，Fe3C在馬氏體板條邊界和原奧氏體晶界析出，呈連續薄片狀，在沖擊負荷下沿馬氏體板條邊界裂開。在350℃以上，Fe3C開始球化，韌性恢復。第二個原因是雜質元素磷、銻、錫等，在淬火加熱時發生在奧氏體晶界上的偏聚，經淬火后雜質元素被凍結在原奧氏體晶界。以上雜質在原奧氏體晶界的富集和連續薄膜狀Fe3C的同時存在，兩者作用疊加，造成沿晶脆斷。合金元素錳和鉻加劇低溫回火脆化傾向，錳的質量分數在2%以上，淬火狀態也可發生沿晶斷裂，也進一步促進低溫回火脆性。鉬能改善低溫回火脆性，硅、鋁推遲ε-Fe2.4C向Fe3C轉變，將低溫回火脆化溫度范圍推向350℃以上。
鋼中碳的質量分數低于0.30%時，淬火后馬氏體的微觀結構為位錯型的板條馬氏體，具有高的強度和良好的韌性。在低溫回火后，其綜合力學性能優于中碳調質鋼，并且冷脆傾向小，有低的疲勞缺口敏感度。中碳調質鋼和低碳馬氏體結構鋼力學性能的比較如表5。
表3中碳調質鋼和低碳馬氏體結構鋼的力學性能
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鋼種
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熱處理工藝
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σ0.2/MP
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σb/MP
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δ/%
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ψ/%
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Αk/J
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40Cr
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850℃油淬
560℃回火油冷
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≥800
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≥1000
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≥9
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≥45
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≥60
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15MnVB
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880℃鹽水淬200℃回火空冷
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≥1000
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≥1200
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≥10
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≥45
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≥90
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18Cr2Ni4W
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880℃空冷
180℃回火空冷
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1029
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1176
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12
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55
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108
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由于低碳鋼的淬透性較小，必須加入合金元素，故一般采用低碳低合金鋼。它們在熱軋后退火，具有低強度、高塑性和良好的冷變形性。例如，汽車用高強度螺栓、銷釘等，原來用中碳調質鋼，需要熱頂鍛鍛出螺栓頭，表面質量差。中碳調質鋼退火后硬度較高，碾壓螺紋也困難。用15MnVB代替40Cr制作上述零件，其優點在于可用冷鐓成型，比熱頂鍛制的螺栓精度高，表面質量好，生產率高，承載能力提高45%-70%，減少了切削量，節約鋼材，延長了螺栓使用壽命，并滿足大功率新車型設計要求。又如采用20SiMnMoV鋼代替35CrMo鋼，制造石油用的吊環，使吊環質量由原來的97Kg減少為29Kg，大大減輕了鉆井工人的勞動強度。
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