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節(jié)能微合金非調(diào)質(zhì)鋼棒材49MnVS3脹斷連桿用高碳鋼C70S6
源于1970年代初石油危機的微合金非調(diào)質(zhì)鋼在30年多年來發(fā)展迅速,其研究、生產(chǎn)和應(yīng)用工作不斷加強。其強韌性不斷增加,從開始的替代熱處理碳結(jié)鋼,到后來的替代熱處理合結(jié)鋼;鋼中的夾雜元素[S]提高切削性能、[O]提高韌性、[N]促進析出強化等有利化運用工作;控制鋼中的主要化學(xué)合金元素成分范圍不斷減小;基于控鍛控冷的鍛件組織控制技術(shù)發(fā)展迅速;熱軋鋼材的表面質(zhì)量不斷提高;在汽車鍛件上的應(yīng)用范圍不斷擴大,幾乎可以擴大應(yīng)用到所有的鍛鋼件。
德國Thyssen公司開發(fā)了省略熱處理工序的世界上第一個非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3,用于制造熱鍛汽車曲軸。1970年代末起,工業(yè)化國家先后開展了非調(diào)質(zhì)鋼的研究和開發(fā)。日本各鋼廠研究和開發(fā)了一系列非調(diào)質(zhì)鋼,并應(yīng)用于生產(chǎn)汽車曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、輪轂、機床軸類、螺栓等,如日本已有75%以上的連桿和60%以上的曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼制造;德國汽車曲軸、連桿、前軸、半軸等鍛件70%以上采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。法國、意大利、英國均分別研發(fā)了具有特色的微合金非調(diào)質(zhì)鋼系列。
我國汽車和機器制造的發(fā)展,對非調(diào)質(zhì)鋼棒材的高品質(zhì)需求不斷增長,熱加工性能、強度、韌性、抗疲勞性能和切削性能不斷提高,要求成本不斷降低。“七五”期間開始的非調(diào)質(zhì)鋼攻關(guān)研究奠定了我國非調(diào)質(zhì)鋼的技術(shù)基礎(chǔ),建立了我國非調(diào)質(zhì)鋼標(biāo)準(zhǔn)。通過“九五”和“十五”攻關(guān),我國在非調(diào)質(zhì)鋼的研發(fā)方面取得了進展,非調(diào)質(zhì)鋼的冶金質(zhì)量和性能水平得到提高,可以生產(chǎn)工業(yè)化國家品牌轎車用非調(diào)質(zhì)鋼棒材。由于汽車安全性和輕量化要求的提高,對非調(diào)質(zhì)鋼的品質(zhì)要求不斷增長,如脹斷連桿用C70S6非調(diào)質(zhì)鋼、性能要求更高的前軸和半軸用非調(diào)質(zhì)鋼、高性能大功率發(fā)動機曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼等要求更高的加工性能和使用性能。
非調(diào)質(zhì)鋼利用控制軋(鍛)控冷來獲得所需強韌性,化學(xué)成分波動和組織均勻性對性能影響大。高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)采用爐外精煉控制成分、微量元素精確控制、夾雜元素有利化、控鍛控冷、高表面質(zhì)量等技術(shù),保證鋼材的冶金質(zhì)量和性能穩(wěn)定。非調(diào)質(zhì)鋼零件一般需要經(jīng)過機加工工序,故需要良好的切削性能以保障高生產(chǎn)效率和高表面質(zhì)量。非調(diào)質(zhì)鋼中的硫化物控制技術(shù)非常關(guān)鍵,除了影響切削性能之外,利用好可以提高熱鍛件的力學(xué)性能。我們現(xiàn)在化學(xué)成分的窄范圍、硫化物、組織精細(xì)控制等方面還要開展工作。由于微合金元素的價格居高不下,所以我們還需要考慮少添加或不添加微合金元素的新型非調(diào)質(zhì)鋼。
一般非調(diào)質(zhì)鋼的抗拉強度在700—900MPa(0.2-0.5%C)范圍內(nèi),與調(diào)質(zhì)鋼相當(dāng),高于熱軋態(tài)碳結(jié)鋼,如果我們在中碳鋼的擴散相變中運用組織細(xì)化的思路(在新一代鋼鐵材料研發(fā)中成功實踐的技術(shù)),是否可以提高碳結(jié)鋼的強度達到微合金非調(diào)質(zhì)鋼的強度呢.就我們已有的研究工作,可以認(rèn)為有可能做到這一點的,這樣就可以碳素非調(diào)質(zhì)鋼替代微合金非調(diào)質(zhì)鋼,節(jié)約合金元素,進一步降低鋼材成本。
研發(fā)高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼所需的窄成分精確控制、硫化物等第二相細(xì)化及均勻分布技術(shù)、鑄坯成分偏析控制技術(shù)、控軋(鍛)控冷技術(shù)、鍛軋過程中組織、性能演變及其預(yù)報技術(shù)及非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)?;瘜W(xué)成分偏差控制使[C]絕對值差從?0.08%提高到?0.04%,[Mn]絕對值差從?0.25%提高到?0.15%,[V]絕對值差從?0.03%提高到?0.02%,[S]絕對值差從?0.025%提高到?0.015%。
開發(fā)出具有良好綜合性能的非調(diào)質(zhì)鋼及其成套工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)(以脹斷連桿用高碳鋼,半軸、花鍵軸、叉等用中碳鋼,前軸等用中低碳鋼等非調(diào)質(zhì)鋼為典型代表),實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。典型高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼力學(xué)性能達到使用要求。脹斷連桿用高碳鋼C70S6的Rm=900~1050MPa;半軸、花鍵軸、離合器分離叉用中碳鋼的Rm=840~1100MPa、;前軸用中低碳鋼的Rm=900~1040MPa。研究節(jié)約釩、鈮元素的新型非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù)和低塑性脹斷連桿技術(shù)。
在充分調(diào)研國內(nèi)外近年來非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上,對已實施了十多年的非調(diào)質(zhì)鋼國家標(biāo)準(zhǔn)進行修訂,規(guī)范和引導(dǎo)非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)與應(yīng)用。
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