非調質鋼研發(fā)與應用動向

非調質鋼最早是德國帝森特鋼公司在20世紀70年代初開發(fā)成功的，由于具有節(jié)省能源和材料、減少淬火變形開裂、工藝簡單等優(yōu)點而得到迅速的發(fā)展，尤其在汽車工業(yè)中獲得廣泛的應用。近幾十年，隨著能源緊張及石油危機的出現(xiàn)，非調質鋼因其能夠省去耗能很大的調質工序而引起更大的重視，獲得了快速的研制與開發(fā)。目前，國外汽車上許多鍛件都已采用了非調質鋼制造。德國大眾用非調質鋼制造的轎車連桿年產250萬件;瑞典Volvo公司每年耗用25000噸非調質鋼用于制造汽車零件。日本55%的軸類零件、75%的鍛造結構件均已采用非調質鋼制造，其中三菱汽車公司的轉向系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)所用的熱鍛件幾乎全部非調質化了;豐田、住友等公司有90%的曲軸、75%的連桿用非調質鋼制造。國內汽車廠也在積極開發(fā)應用非調質鋼或引進國外非調質鋼制造技術來制備汽車零件。

目前，非調質鋼的研發(fā)有以下一些特點。

非調質鋼連鑄工藝越來越被廣泛采用，逐漸取代模鑄工藝。與傳統(tǒng)模鑄工藝相比，連鑄法生產具有生產效率高、成本低等特點，是未來發(fā)展的趨勢。德國、日本90%非調質鋼采用連鑄法生產，通過采用電磁攪拌明顯改善了鑄坯偏析。我國也已有許多鋼廠采用連鑄法生產非調質鋼，如寶鋼、撫順特鋼、大連鋼廠、江陰興澄鋼廠、唐鋼、攀鋼、首鋼等。

熱鍛后空冷高強度貝氏體鋼成為非調質鋼研發(fā)的重要方向。研究結果表明，在同樣的碳當量下，貝氏體鋼的抗拉強度比鐵素體-珠光體鋼高200MPa以上，具有明顯的優(yōu)勢。阿塞洛公司開發(fā)的中碳Mn-Si-Cr系空冷貝氏體鋼在實驗室獲得的最佳性能為抗拉強度1150MPa，伸長率20%;韓國浦項公司開發(fā)的低成本空冷微合金化低碳貝氏體鋼(0.15%C、1.8%Mn、0.02%B)的抗拉強度為825MPa，伸長率11.1%，可以滿足汽車轉向節(jié)拉桿的技術要求。我國汽車工業(yè)目前應用較多的是清華大學發(fā)明的低碳貝氏體鋼12Mn2VB，主要做前橋、轉向臂、彎直臂等，已在一汽、二汽、江鈴汽車廠使用。

優(yōu)化成分設計。通過合理調整鋼中化學成分，開發(fā)出成本低、性能更優(yōu)良的新型非調質鋼。比如，法國、德國、意大利開發(fā)了含Nb非調質鋼，利用了Nb的作用，達到細化晶粒、減小珠光體片層間距、增大析出強化的效果。其最新研究成果METASASAFE1000鋼(0.45%C、0.3%Si、1.5%Mn、0.12%V、0.04%Nb)，熱軋或熱鍛態(tài)強度穩(wěn)定超過1000MPa。目前，國外研制開發(fā)了大量的V-Nb復合微合金化的非調質鋼，在汽車零件上的使用率已達60%以上。成分優(yōu)化的基本思路是：通過添加Mn和Cr，降低Ac1轉變溫度，從而細化珠光體，并增加其體積分數(shù);通過添加微量元素V、Nb、Ti以細晶強化和沉淀強化方式提高強韌性;添加一定量的S可以改善切削性能，并通過形成MnS-VN復合粒子使組織有效細化，提高強韌性。