低合金超高強度鋼

中文名稱

低合金超高強度鋼

英文名稱

low alloy ultra- high strength steel

定　　義

合金元素含量低于5%的中碳超高強度鋼。

應用學科

材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），鋼鐵材料（三級學科），鋼鐵材料品種（四級學科）

超高強度鋼對冶金質(zhì)量要求高，通常采用電弧爐和電渣重熔冶煉。要求純度高的鋼種，多采用真空感應爐或真空自耗電弧爐冶煉。中、低合金超高強度鋼在熱處理時應防止脫碳；馬氏體時效鋼和沉淀硬化不銹鋼，可以用普通加熱爐固溶處理。焊接時須采用保護氣體焊接或采用鎢極氬弧焊接。某些含碳較高的（0.4%左右）低合金超高強度鋼，焊接后應立即進行去應力退火。

（1）冶煉。采用真空冶煉工藝提高鋼的純凈度是改善超高強度鋼性能的重大技術措施。真空冶煉主要是降低鋼中的氣體和非金屬夾雜物含量。40CrNi2MoA鋼采用真空冶煉，使鋼中氫、氧和氮含量比電弧爐冶煉分別降低50%、85%和70%。由于冶金質(zhì)量改善，從而使鋼的斷裂韌性明顯地提高。

（2）夾雜物形態(tài)控制?？刂茒A雜物形態(tài)能有效地改善超高強度鋼的斷裂韌性。為了提高斷裂韌性首先要對硫和磷要有嚴格的限制，采用冶煉工藝要最大限度地降低鋼中硫和磷含量。

（3）熱處理。改變熱處理工藝是提高斷裂韌性經(jīng)常采用的一種有效手段。超高強度鋼采用1200℃高溫淬火，鋼中奧氏體晶粒尺寸增大，顯微組織中板條馬氏體量增多，馬氏體板條邊界形成有殘留奧氏體薄膜。這些因素都能使鋼的斷裂韌性提高。但是由于粗大晶粒降低沖擊韌性，因而在生產(chǎn)中難以推廣應用。

等溫淬火是經(jīng)常采用的一種超高強度鋼熱處理工藝。采用不同的等溫溫度可獲得下貝氏體或下貝氏體與馬氏體混合組織。這種顯微組織在受力條件下裂紋在邊界形核并穿過晶體擴展，當經(jīng)過界面時裂紋擴展改變方向，使消耗能量增多，斷裂韌性提高。如表4所示，40CrNi2Si2MoVA鋼采用250～300℃等溫淬火，斷裂韌性提高23%，應力腐蝕界限強度因子提高10%。

（4）形變熱處理。形變熱處理是將變形強化與相變強化相結合的綜合強化工藝。長期以來，形變熱處理已經(jīng)廣泛用于提高超高強度鋼的強度和韌性。通常多采用高溫形變熱處理，即在奧氏體再結晶溫度以上進行形變，隨后淬火得到馬氏體組織，再進行回火處理。由于形變后淬火形成細小馬氏體，位錯密度明顯增加，并加速合金碳化物彌散析出。因而不僅強度提高，而且主要是塑性和韌性明顯改善。

低溫形變熱處理是將鋼加熱到奧氏體溫度后，急冷到亞穩(wěn)奧氏體區(qū)（500～600℃）進行變形加工，隨后淬火的熱處理工藝。該工藝要求鋼的淬透性高，過冷奧氏體在中溫形變區(qū)穩(wěn)定性大。一般形變量在60%以上。形變溫度愈低，形變量增大，則鋼中馬氏體組織更細，位錯密度增加，因此，強化效果更為明顯。4Cr5MoVSi鋼經(jīng)低溫形變熱處理后，抗拉強度可達到2500MPa以上，疲勞強度極限提高20%～26%。

是一種低合金超高強度鋼，鋼的淬透性高，油中臨界淬透直徑為60mm(96%馬氏體)，鋼在淬火回火后可獲得很高的強度，并具有一定的韌性，且可加工成型；但冷變形塑性與焊接性較低。抗腐蝕性能較差，受回火溫度的影響，使用溫度不宜過高，通常均在淬火、低溫(或中溫)回火后使用。標準：GB/T 3077-1988