45CrNi軍工用鋼

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合金鋼板 -合金結構鋼的描述

用于制造重要工程結構和機器零件的鋼種稱為合金結構鋼。主要有低合金結構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼。

一、低合金結構鋼（亦稱普通低合金鋼、HSLA）

合金鋼板合金鋼板

1.用途主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結構等。

2.性能要求

(1)高強度：一般其的屈服強度在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。對于大型焊接構件，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)低的冷脆轉變溫度。

(5)良好的耐蝕性。

3.成分特點

(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碳化物或碳氮化物，有利于獲得細小的鐵素體晶粒和提高鋼的強度和韌性。

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.常用低合金結構鋼

16Mn是我國低合金高強鋼中用量最多、產量最大的鋼種。使用狀態的組織為細晶粒的鐵素體—珠光體，強度比普通碳素結構鋼Q235高約20%～30%，耐大氣腐蝕性能高20%～38%。

15MnVN中等級別強度鋼中使用最多的鋼種。強度較高，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、船舶等大型結構。

強度級別超過500MPa后，鐵素體和珠光體組織難以滿足要求，于是發展了低碳貝氏體鋼。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

這類鋼一般在熱軋空冷狀態下使用，不需要進行專門的熱處理。使用狀態下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體。

二、合金滲碳鋼

1.用途主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時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，以保證優異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時具有適當的塑性和韌性。

(2)心部具有高的韌性和足夠高的強度。心部韌性不足時，在沖擊載荷或過載作用下容易斷裂；強度不足時，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，奧氏體晶粒不易長大，并有良好的淬透性。

3.成分特點

(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大的元素：主要加入少量強碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成穩定的合金碳化物。

4.鋼種及牌號

20Cr低淬透性合金滲碳鋼。這類鋼的淬透性低，心部強度較低。

20CrMnTi中淬透性合金滲碳鋼。這類鋼淬透性較高、過熱敏感性較小，滲碳過渡層比較均勻，具有良好的機械性能和工藝性能。

18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金滲碳鋼。這類鋼含有較多的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，完全淬透時為低碳回火馬氏體，硬度為40HRC～48HRC；多數情況下是屈氏體、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/m2。

三、合金調質鋼

1.用途合金調質鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。

2.性能要求調質件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復雜，要求高的綜合機械性能，即具有高的強度和良好的塑性、韌性。合金調質鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同，對淬透性的要求不一樣。

3.成分特點：

(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，提高鋼的強度。如調質處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多；

(3)加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調質鋼，高溫回火慢冷時易產生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性，其適宜含量約為0.15%～0.30%Mo或0.8%～1.2%的W。

45鋼與40Cr鋼調質后性能的對比

鋼號及熱處理狀態截面尺寸/mmsb/MPass/MPad5/%y/%ak/kJ/m2

45鋼850℃水淬,550℃回火f507005001545700

40Cr鋼850℃油淬,570℃回火f50(心部)85067016581000

4.鋼種及牌號

(1)40Cr低淬透性調質鋼：這類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中淬透性合金調質鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為40mm～60mm,加入鉬不僅可提高淬透性，而且可防止第二類回火脆性。

(3)40CrNiMo高淬透性合金調質鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為60mm-100mm，多半是鉻鎳鋼。鉻鎳鋼中加入適當的鉬，不但具有好的淬透性，還可消除第二類回火脆性。

5.熱處理和組織性能合金調質鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火（調質處理）。合金調質鋼淬透性較高，一般都用油，淬透性特別大時甚至可以空冷，這能減少熱處理缺陷。

合金調質鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500℃-650℃回火。通過選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。

合金調質鋼常規熱處理后的組織是回火索氏體。對于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進行感應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55HRC～58HRC。

合金調質鋼淬透調質后的屈服強度約為800MPa,沖擊韌性在800kJ/m2心部硬度可達22HRC～25HRC。若截面尺寸大而未淬透時，性能顯著降低。