低合金高强韧非调质铸钢的设计及组织性能调控

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1、摘要低合金高强韧非调质铸钢的设计及组织性能调控摘要随着汽车工业的高速发展以及对汽车零部件减重的迫切需求，开发工艺简单、价格低廉的高强度钢铁材料是降低油耗、减少排放、提高安全性的必然趋势和根本途径。目前重型商用车普遍存在严重超载的现象，重型商用车的球铁桥壳断裂时有发生，造成重大经济损失。低合金铸钢与球墨铸铁相比具有高的强韧性，若能用铸钢代替球铁制造桥壳，则桥壳使用安全将显著提高，大大减少桥壳断裂的现象，具有重大的经济与社会效益。本文正是基于以上考虑，在严格控制成本和不调质的前提下，设计铸钢成分，优化热处理工艺，旨在开发出一种低合金高强度非调质铸钢。本文研究了各合金元素的

2、作用，确定了添加硅、锰、少量铬以及一些其他微量合金元素的合金设计路线。通过严格控制原料成本以及考虑合金含量对组织性能影响，设计了三种牌号的钢：ZG15Si2Mn3CrB、ZG25Si2Mn2CrB、ZG35Si2Mn2CrB。所设计三种试验钢经880℃正火预处理+900℃正火后，分别在300℃、340℃、360℃、380℃回火。本文研究了回火温度对组织和力学性能的影响。研究结果表明：ZG15Si2Mn3CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+300℃回火后组织主要为贝氏体、马氏体、残余奥氏体，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于12%；ZG25Si2Mn2Cr

3、B经880℃正火预处理+900℃正火处理+360℃回火后组织主要为贝氏体、板条马氏体束、残余奥氏体，抗拉强度大于1400MPa，延伸率大于17%；ZG35Si2Mn2CrB经880℃正火预处理+900℃正火处理+380℃回火后组织主要为针状贝氏体、粒状贝氏体、细小板条马氏体束、残余奥氏体，抗拉强度大于1500MPa，延伸率大于12%；随着碳含量的增加，这三中钢出现最高抗拉强度时的回火温度增加；经适当回火后，残余奥氏体的稳定性增加，使钢的力学性能增加。本文对三种试验钢分别进行了亚温正火实验，测试结果表明：ZG25Si2Mn2CrB抗拉强度达到1200MPa，延伸率大于1

4、8%；组织包括无碳化物贝氏体、粒状贝氏体、马氏体和部分铁素体。ZG25Si2Mn2CrB在两相区保温时，组织中未溶铁素体能够分割奥氏体组织，限制奥氏体的长大，经风冷之后，细小的原奥氏体晶粒转变为马氏体和贝氏体，加上部分铁素体及残余奥氏体的存在，使试验钢的强韧性显著提高。本文还利用自行设计的能够实现在高温区快冷中温区缓冷的NJ淬火介质，对I吉林大学硕士学位论文ZG25Si2Mn2CrB进行了淬火实验，经低温回火后测试结果显示：抗拉强度大于1700MPa，延伸率大于14%；显微组织中含有大量的下贝氏体和板条马氏体。组织中较高含量的贝氏体证明了NJ淬火介质具有高温区快冷、中

5、温区缓冷的特性。关键词：非调质铸钢，成分设计，热处理，组织性能IIAbstractDesignofNon-quenchedandTemperedCastSteelwithLowAlloy,HighStrengthandToughnessandControlofItsMicrostructureandPropertiesAbstractAlongwiththeautomobileindustryrapiddevelopmentaswellastheurgentdemandforreducingweightoftheautomobilesparepart,thedevel

6、opmentofhighstrengthsteelwithlowpriceandsimplecraftistheinevitabletrendandthebasicwaytoreducetheoilconsumptionandemissions,enhancethesafety.Atpresent,theaxlehousingmadeofductileironbreaksfromtimetotimesincetheheavycommercialvehicleoverloads,whichcausesgreateconomicloss.Comparedwiththedu

7、ctilecastiron,thelow-alloycaststeelexhibitshigherstrengthandtoughness.Iftheaxlehousingmadeofductileironwerereplacedbytheonemadeoflow-alloysteel,itsstabilitywouldincreaseremarkably,whichreducesthebreakofaxlehousinggreatlyandhassignificanteconomicandsocialbenefit.Giventheabovebac