采用弥散强化钢(钢棒或线材)生产汽车结构件的可能性

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1、采用弥散强化钢(钢棒或线材)生产汽车结构件的可能性L.Backer,P.CharlierB.Criqui,R.ElHaïkSAFE57300HAGONDANGE(法国)(RNUR)雷诺专卖92109法国布伦市在最近的5年中，在机械工程尤其是汽车工业领域，SAFE正在开发一种新的低合金钢系列，即METASAFE钢，以往也被称作“长型材”(棒钢或线材)。它们的主要特点表现为化学成分简单，在轧制或锻造状态下具有高的抗拉强度水平。在这篇文章的第一部分，主要揭示这些钢的冶金机制；第二章着重从切削性、可锻造性、表面处理方面

2、介绍它们的特点，及在应用中的冲击强度、韧性、疲劳抗力等特性；在最后部分是在汽车工业中的应用举例(轮毂、三角臂、反摇摆杆)，及阐述在汽车工业中的应用可能性。微合金化钢(或弥散强化钢)的发展大约始于20年前，直到近几年，这些钢主要应用于板材和钢管，通常碳含量不超过0.20%，抗拉强度在800MPa。自1978年以来，SAFE公司开始这类钢的长型材在机械工程领域中的商业化，即[1]METASAFE钢，其主要特征为在轧制或锻造状态下具有高的抗拉强度水平(从800到2000MPa)。在开发这类钢在汽车构造的不用应用领域之

3、前，也是本论文的主题，我们先回顾METASAFE钢设计的冶金原理和每种主要钢种的主要特征。这些钢的基本特征也将从工艺(可锻性、表面处理的可能以及机加工性)和使用性能(冲击强度、疲劳寿命)两方面进行全面介绍。METASAFE钢的主要分类—基本冶金学原理表1给出了不同种类的METASAFE钢，钢的名称由2部分组成：一个是数字，表示对应于产品在轧制或锻造状态下的抗拉强度(MPa)，另一个表示特定使用条件的字母组成，如：D：用于冷成型的钢，硫含量低(<0.020%)；S：硫含量控制在0.02~0.04%，表现出良好的机

4、加工性，并且具有很高的硬度；U：切削性好的钢，通过加入高的硫含量(0.07~0.250%)和加入铅(约0.2%)来实现；F：表示具有高抗拉强度(1000~2000MPa)的钢材；Z：含13%铬的不锈钢。所有这些钢都含有同一类析出强化元素(Al-Nb-V)，它们的作用是多重的并且相互叠加的，即：—通过沉淀作用强化铁素体(尤其是V和Nb)。[2]—阻碍晶粒长大(见图1)和细化铁素体晶粒(尤其是Al和Nb)。铁素体晶粒细化的优点见图2(屈服点提高、转变温度降低)。可能的析出物具有溶解温度和不同的沉淀速度，这表明好的机

5、械特性可以通过控制加热和冷却条件来获得。除了弥散强化元素的影响外，还应用了以下的冶金学原理：—铁素体内元素的固溶强化，主要是锰，还有硅(METASAFEF)。锰能够细化铁素体晶粒[3]和强化特定的析出物，它还能够增加钒在奥氏体中的溶解度。—添加铜(METASAFEF钢)，通过固溶和组织硬化提供来达到辅助强化。已经注意到，补充加入镍可以避免单独加铜时产生的热缺陷。镍还作为铁素体的“硬化剂”，改善低温冲击强度。—碳起着基本的作用，因为它决定钢基体的基本硬度。按照METASAFE钢的分类，碳的成分大约在0.2%(例如

6、METASAFES800)和0.45%(例如METASAFES1000)之间变化。下面讨论4个代表性级别的METASAFE钢(METASAFES800-U1000-F1200-Z1300)的主要特性。METASAFES800这个钢种主要应用于在轧制或锻造状态下要求抗拉强度达到800MPa的零部件。应该注意到，它具有低的碳含量，不到0.25%，从而使它具有好的延展性，焊接性和切削性等特点。需要关注的重点如下：—回火过程中具有抗软化能力(在某些情况下，500-600℃下的抗拉强度和/或屈服强度还能提高一些)；—在这

7、个“硬化”区，延展性能没有恶化；—在600到780℃之间，金属的软化较为平缓，抗拉强度的降低值不超过100MPa。通常情况下，钢的组织是由细小的铁素体和贝氏体组成。值得重点注意的是，钢材的机械性能在各种轧制尺寸下都非常稳定，这一特性在其他METASAFE钢中也同样有效，因此，它在轧制状态下与“经典”的合金钢有显著的差异。METASAFEU1000该钢与众所周知的机械工业中需要的零部件用钢相对应，要求在交货状态下具备最终的机械性能。到目前为止，这种钢都是利用它的良好的机加工性能，这种性能是通过“预处理”或拉拔工艺

8、(冷拔或高温下)获得的。METASAFEU1000钢的可切削性将随后讨论，需要特别注意的是，各种直径下的钢材均得到了令人满意的铁素体-珠光体显微组织。该钢的机械性能类似于S800钢。同样，在不同的直径下，具有稳定的硬度水平。同样需要注意的是，从产品的表面到心部，硬度很均匀，这一点在所有的METASAFE钢都很典型，也是可以明显区别于淬火加回火状态下的钢材。METASAFEF1200该钢