分享：10.9級M36風電螺栓用鋼的低溫沖擊性能研究現狀
摘 要:介紹了高寒地區服役的10.9級 M36風電螺栓用鋼的種類及其加工工藝,從晶體結構、 化學成分、調質前原始組織、調質前加工處理工藝以及調質處理工藝等方面,綜述了高強度風電螺 栓用鋼低溫沖擊性能的研究進展,對采用冷鐓熱軋盤條工藝生產10.9級風電螺栓的低溫沖擊性能 偏低的原因進行分析,最后提出了冷鐓SCM440鋼熱軋盤條生產10.9級風電螺栓采取的提高低溫 沖擊性能的措施。
關鍵詞:熱軋盤條;高強度風電螺栓;低溫沖擊性能;化學成分;調質處理
中圖分類號:TG142.1 獻標志碼:A 文章編號:1000-3738(2021)04-0001-07
0 引 言
緊固件作為各行業最基礎的零部件,在工作時 除受到軸向預緊拉伸載荷的作用外,還會受到附加 的拉伸交變載荷、橫向剪切交變載荷或由二者復合 而成的彎曲載荷的作用[1]。風電螺栓除受到上述載 荷作用外,還隨主機一起常年經受酷暑嚴寒、極端溫 差、鹽霧腐蝕等作用。因此,風電螺栓除了需具有足 夠的強度和塑性外,還應具有足夠的韌性[2-3]。材料 存在韌脆轉變溫度,風電螺栓在此溫度以下使用時, 將存在斷裂風險,從而造成生命財產損失,因此研究風電螺栓用鋼的低溫沖擊性能顯得十分重要。目 前,大規格風電螺栓的低溫沖擊功普遍偏低,尤其是 冷鐓成型風電螺栓常出現因低溫沖擊性能不合格而 返工的現象。作者以10.9級 M36風電螺栓用鋼為 研究對象,對該鋼的低溫沖擊性能研究進展進行了 綜述,并對由SCM440熱軋盤條經冷鐓工藝生產的 10.9級風電螺栓低溫沖擊性能偏低的原因進行了分析。
1 高強度風電螺栓用鋼及技術要求
目前,高強度風電螺栓的強度等級大部分選擇 10.9級,少量選擇8.8級,高強度風電螺栓一般采用 碳質量分數為0.30%~0.55%的中碳合金結構鋼制 造,其中:規格不大于 M24的螺栓選用20MnTiB鋼;規格為 M27、M30的螺栓選用35VB鋼或35CrMoA 鋼;規格不小于 M36的螺栓一般選用42CrMo鋼、B7 鋼、SCM440 鋼、40CrNiMoA 鋼,少 量 允 許 使 用 30CrMnSiA鋼。40CrNiMoA鋼具有最優的沖擊韌性 和淬透性[4-5]。B7鋼為美國 ASTM 標準產品,其化學 成分標準范圍較寬,涵蓋了美國合金結構鋼體系中的 AISI4140、 AISI4142、 AISI4145、 AISI4140H、 AISI4142H、AISI4145H 等 6 個牌號,而風電螺 栓 用 B7鋼的化學成分標準范圍與 AISI4140合金結 構鋼的一致。SCM440 鋼為日本JIS 標準產品,相 當于 GB/T6478-2015中的 ML40CrMo鋼或 GB/T 3077-2015中的42CrMo鋼。目前,10.9級 M36風 電螺栓 用 鋼 主 要 為 SCM440 鋼、42CrMo 鋼 和 B7 鋼,其化學成分標準范圍見表1。
目前,8.8級及以上高強度風電螺栓的制造工 藝主要為冷鐓和熱(溫)鍛。由熱軋盤條生產風電螺 栓時采用冷鐓工藝,其生產工藝流程為球化退火→ 酸洗磷化→拉拔→冷鐓成型→加工螺紋→淬火和回 火→表面處理;由熱軋棒材生產風電螺栓時采用熱 (溫)鍛工藝,其生產工藝流程為酸洗磷化→拉拔→ 下料→熱(溫)鍛成型→六角整形→淬火和回火→加 工螺紋→表面處理。與熱(溫)鍛工藝相比,采用冷 鐓工藝生產高強度風電螺栓具有更高的效率和成材 率,目前 M36及以下規格風電螺栓逐漸改用冷鐓工 藝生產。高強度風電螺栓均需要通過860~890 ℃ 淬火+450~600 ℃高溫回火,即調質處理才能獲得 具有良好強韌性的回火索氏體組織。10.9級高強 度風電螺栓的硬度為33~39 HRC,抗拉強度不低 于1040 MPa,斷后伸長率不小于9%,斷面收縮率 不小 于 48%,-40~ -45 ℃ 低 溫 沖 擊 吸 收 能 量 (AKV2 )不低于27J。
2 影響10.9級 M36風電螺栓用鋼低溫沖擊 性能的因素
2.1 晶體結構
在常見的3種晶體結構中,易發生低溫脆性現 象的結構為體心立方和密排六方結構[6]。高強度風 電螺栓用SCM440鋼為體心立方結構材料,存在低 溫脆化現象。通常,材料的晶體結構越復雜,對稱性 越差,位錯阻力越高;若位錯阻力對溫度變化敏感, 則對屈服強度的影響更大,冷脆傾向更明顯,低溫沖 擊性能更差。張偉強等[7]研究發現,42CrMo調質 鋼在-150~700 ℃范圍的屈服強度隨溫度的升高呈降低趨勢,但在0~250℃范圍屈服強度存在一個 變化平緩的平臺,這是由于此時溶質原子的擴散能 力較強,對位錯的釘扎作用較大導致的。
2.2 化學成分
2.2.1 常規合金元素
SCM440鋼為中碳合金鋼,其中碳、硅、錳、鉻、 鉬等為主要元素,硫、磷、鎳、銅等為次要元素。碳作 為鋼中最主要的元素,可提高鋼的強度,但會降低塑 韌性、耐腐蝕性能、冷彎性能、焊接性能,并增大低溫 冷脆傾向,因此為保證該鋼良好的低溫沖擊性能,碳 含量應控制在標準范圍的下限;硅可提高鋼的強度、 淬透性,但其質量分數超過1%時會降低塑韌性、提 高韌脆轉變溫度,因此在標準范圍內應適當提高硅 含量以彌補由低碳引起的淬透性和強度損失。合金 元素錳、鉻、鎳、鉬均能提高鋼的淬透性,同時鉻元素 可明顯提高鋼的回火脆性,使韌脆轉變溫度提高,鉬 元素則可抑制回火脆性,鎳元素為低溫用鋼的主要 合金元素,可提高鋼的常溫塑性和韌性,也可改善鋼 的低溫韌性,使韌脆轉變溫度降低。李靜媛等[8]研 究發現,隨著硫化錳最大尺寸的增加,42CrMo鋼的 沖擊韌性降低。在一定范圍內,提高錳含量可削弱 硫對沖擊 韌 性 的 不 利 影 響,同 時 錳 可 脫 氧 以 清 除 FeO,從而降低鋼的脆性[9]。王明禮等[10]對比研究 了42CrMo鋼韓國鍛件和國產鍛件的低溫沖擊性 能,發現在相同調質工藝下,韓國鍛件的-20 ℃沖 擊功比國產鍛件的高20J,-40 ℃沖擊功比國產鍛 件的高30J;進一步對比發現韓國鍛件的硫、磷含量 較低,錳含量較高,鉻含量偏低,同時韓國鍛件中的 非金屬夾雜物較細小,含量較低且分布均勻。硫在固態下以 FeS形式存在于鋼中,會割裂金屬基體的 連續性,從而導致鋼的低溫沖擊性能變差[11]。磷在 結晶過程中易產生晶內偏析,導致韌脆轉變溫度升 高而發生冷脆,因此應盡可能降低磷元素含量。
2.2.2 微合金化元素
SCM440鋼中雖然含有一定量的硅,但實際生 產過程中仍然需要用鋁來脫氧,剩余鋁元素會與鋼 中氮元素結合形成細小彌散的 AlN 質點,可以在后 續熱處理中起到防止奧氏體晶粒長大的作用。陳先 毅[12]研究了鋁含量對42CrMo鋼鍛件沖擊功的影 響,發現鋁含量較高鍛件的晶粒尺寸較小,但沖擊功 較低,這是因為鋁元素在42CrMo鋼鍛件中形成的 AlN、Al2O3 顆粒對低溫沖擊功的不利影響超過了 其細化晶粒提高沖擊功的作用。對 ML40Cr鋼熱 軋盤條進行860 ℃×1.5h水冷熱處理后,發現添加 質量分數0.026%鋁的 ML40Cr鋼中奧氏體晶粒尺 寸為15.8μm,小于未添加鋁的(28.7μm);添加質 量分數0.026%鋁和不添加鋁的 ML40Cr鋼的室溫 到-50 ℃ 沖 擊 功 變 化 趨 勢 一 致,且 含 質 量 分 數 0.026%鋁的 ML40Cr鋼的沖擊功比不添加鋁的高 20J左右,這主要是由于晶粒細化使得晶界前塞積 的位錯減少,有利于降低應力集中,同時可降低磷等 雜質元素在晶界的偏聚程度[13]。齊建軍等[14]研究 了鋁含量、氮含量和鋁氮質量比對轎車用20MnCr5 滲碳鋼晶粒度和混晶的影響,發現:鋁質量分數不低 于0.020%時,氮含量偏低是導致其在滲碳溫度產 生混晶的主要原因;當鋁質量分數不低于0.025% 且鋁氮質量比不小于3時,20MnCr5鋼經930 ℃保 溫6h熱處理后不出現混晶現象。作為調質態下使 用的產品,上 述 研 究 結 果 同 樣 適 用 于 風 電 螺 栓 用 SCM440鋼,作者對經過轉爐→鋼包精煉爐(LF)精 煉→大方坯連鑄工藝生產的 SCM440鋼熱軋盤條 進 行 氮 含 量 測 試,得 到 氮 平 均 質 量 分 數 為 0.0045%,氮含量相對偏低,此時應適當增加鋁含 量,增加鋁氮質量比,以減弱晶粒長大傾向。
微合金化元素鈮、鈦、硼對42CrMo鋼的組織和 低溫沖擊性能也會產生一定的影響。吳鎮宇等[15] 研究發現:鈮鈦復合微合金化可細化42CrMo鋼奧 氏體晶粒,當沖擊試驗溫度較低時,鋼的沖擊吸收能 量及纖維斷面率均明顯提高,即鈮鈦復合微合金化 可以改善鋼的低溫沖擊性能;但是該鋼較高的強度 和較高的硫含量使得這種改善效果有所減弱。鐘浩 等[16]研究發現:加入質量分數0.0015%的硼可以顯著提高SCM440鋼的低溫沖擊韌性,且在相同調 質處理條件下該鋼具有更高的硬度,這是由于微量 硼在鋼中起到了晶粒細化和晶界強化作用;但是由 于硼活性極高,在鋼中極易形成氧化硼、氮化硼等, 這些硼的析出相降低了有效硼含量,削弱了有效硼 偏聚于晶界而起到的晶界強化作用,同時也降低了 AlN 細小質點數量,削弱了 AlN 的細晶強化作用, 而該研究中并未對此進行深入分析。斯庭智等[17] 研究發現:硼鈦復合微合金化可以細化42CrMo鋼 組織,提高鋼的回火穩定性,從而顯著提高鋼的強度 與硬度;當鈦質量分數低于0.045%時,42CrMo鋼 的強度提高程度不顯著,且其強度的提高主要來自 于細晶強化作用;當鈦質量分數為0.045%~0.095% 時,強度提高顯著,且其強度的提高主要來自于 TiC 的 沉 淀 強 化 作 用;硼 鈦 復 合 微 合 金 化 提 高 了 42CrMo鋼的塑性和韌性,這主要是由于硼在晶界 替代磷、硫析出而減輕了磷、硫的有害作用;但是,鈦 微合金化會增加鋼中 TiN 非金屬夾雜物的數量,對 鋼的沖擊韌性不利,而上述研究并未對此進行分析。
2.3 原始組織
奧氏體在鋼中的形成方式與奧氏體化前的原始 組織密切相關。在鋼的化學成分相同時,原始組織中 珠光體越細、滲碳體片間距越小,奧氏體的形成速率 越快[18]。對于具有馬氏體組織的碳鋼,在加熱到奧 氏體 化 溫 度 過 程 中,奧 氏 體 快 速 形 成,例 如 將 AISI4340鋼薄試樣在鉛浴中快速加熱至790~870℃ 時,只需2s奧氏體即可形成[19],且由這種奧氏體形 成的馬氏體硬度和強度均較高。王利軍等[20]研究 發現,與球化退火組織熱軋態 SCM435 鋼相比,組 織為貝氏體+鐵素體+珠光體的熱軋態鋼經相同調 質處理后具有更高的硬度和低溫沖擊吸收能量。軋 制工藝對風電螺栓用冷鐓鋼熱軋盤條組織和性能有 明顯影響。與低溫軋制 B7鋼相比,高溫軋制 B7鋼 的奧氏體晶粒粗大,室溫組織均勻性差,經相同工藝 調質處理后,鋼的低溫沖擊性能偏低,沖擊吸收能量 波動較大[21]。在生產SCM440鋼風電螺栓時,相比 粗大球狀碳化物組織,具有細粒狀碳化物退火態鋼 經過后續調質處理后具有更高的沖擊功。上述研究 均表明,原始組織會對冷鐓鋼調質處理后的組織產 生影響,最終影響產品的低溫沖擊性能。
2.4 調質前加工處理工藝
奧氏體晶粒越細小,經調質處理后鋼的強度越 高,塑性和沖擊韌性越好[22]。TAKESHI等[23]研究發現,與冷拔加工熱軋態 SCM420 鋼相比,冷拔加 工球化退火態 SCM420鋼在后續淬火時的奧氏體 晶粒更容易長大而出現混晶現象,這與不同處理方 式影響 AlN 析出相粒徑和分布狀態有關。因此,可 通過熱處理改變 AlN 析出相的粒徑和分布狀態,從 而消 除 奧 氏 體 混 晶 現 象。 與 SCM420 鋼 相 比, SCM440鋼除了含有更多的碳外,其他元素含量標 準范圍相同,因此推測在上述加工條件下,SCM440 鋼經淬火時其奧氏體也會出現與 SCM420鋼相同 的現象。席志偉等[24]研究發現:采用不同預備熱處 理工藝時,亞溫淬火-回火處理后42CrMo鋼的硬度 差別很小,但沖擊性能均高于常規調質處理后的;預 備熱處理為退火處理時,亞溫處理后殘留的鐵素體 粗大,且不均勻分布在回火索氏體之間;預備熱處理 為淬火處理和調質處理時,殘留的鐵素體形態細小, 且均勻分布在回火索氏體之間,亞溫處理后的沖擊 功 最 大。 徐 尚 呈 等[25] 研 究 發 現,當 滲 碳 軸 承 鋼 SAE4320出現奧氏體混晶時,經740~760 ℃保溫 2h空冷處理后奧氏體晶粒度可達7.0~8.0級,原 奧氏體混晶現象消除。因此,當 SCM440鋼組織中 出現奧氏體混晶時,可采用合適的熱處理工藝以消 除混晶。
2.5 調質處理工藝
2.5.1 淬火溫度
淬火溫度對鋼的組織有重要影響。如果淬火溫 度偏低,則冷卻后組織中會保留部分先共析鐵素體, 這對提高材料沖擊性能有利[24,26],但淬火后鋼中會 出現淬火軟點,這種組織的不均勻性可能會影響回 火后的力學性能。但是淬火溫度過高易引起奧氏體 晶粒粗化,淬火后得到粗大馬氏體,導致鋼的脆性增 大,低溫沖擊性能降低。馬躍新等[27]研究發現:原 始非平衡組織的類型基本不會影響30CrMnSiA 鋼 亞溫淬火的效果;對非平衡組織鋼進行亞溫淬火后, 與常規調質處理后的相比,其強度和硬度基本不變, 但沖擊功提高一倍左右,塑性也大幅提高;亞溫淬火 能夠明顯抑制鋼的可逆回火脆性。王明禮等[28]研 究發現,在同一回火溫度(630 ℃)下,當淬火溫度為 800~840 ℃時,42CrMo鋼的低溫沖擊功隨著淬火 溫度的升高而增加,而當淬火溫度超過840℃時,沖 擊功降低,這是因為隨著淬火溫度的升高,溶解于奧 氏體中的鐵素體增多,淬火后馬氏體增多,回火后得 到的回火索氏體增多,未溶鐵素體較少,因此鋼的沖 擊功增加,但是當淬火溫度超過840℃時,原始組織中的鐵素體已經全部溶解,若再提高淬火溫度,將使 奧氏體的晶粒粗大,造成淬火后的馬氏體粗大,致使 回火后得 到 粗 大 的 回 火 索 氏 體,最 終 導 致 沖 擊 功 降低。
2.5.2 淬火后冷處理
淬火后冷處理可降低鋼中殘余奧氏體的含量, 并使鋼中析出細小碳化物,從而提高鋼的硬度、耐磨 性并延長其使用壽命。葛凱晨等[29]對經860 ℃奧 氏 體 化 后 的 42CrMo 鋼 和 40CrNiMo 鋼 進 行 -70 ℃×1h冷處理,然后在不同溫度保溫2h進 行回火處理,發現冷處理不能明顯改善鋼的顯微組 織或提高鋼的常溫力學性能,但能顯著提高鋼的低 溫(-40 ℃)沖擊功,且隨回火溫度的升高,低溫沖 擊功提高的幅度增大。張海東等[30]研究發現,相比 于常規熱處理,42CrMo鋼經淺冷處理(-80 ℃× 12h)和深冷處理(-196 ℃×12h)后硬度略微下 降,沖擊功有所增大,并且試樣經深冷處理后的沖擊 功增大程度高于淺冷處理后的。
2.5.3 回火處理
一般情況下,隨著回火溫度的升高,鋼的強度、 硬度降低,塑性、韌性增加。但對于一些結構鋼,隨 著回火溫度的升高,鋼的沖擊韌性并非連續提高,而 是在某些回火溫度區間出現顯著下降的現象,這種 現象稱為鋼的回火脆性。用 SCM440 鋼生產 10.9 級風電螺栓時,其回火溫度處于第二類回火脆性溫 度范圍,通常采用降低鋼中雜質元素含量、加入適量 鉬或鎢抑制雜質元素向晶界偏聚、加入鈮釩鈦等細 化奧氏體晶粒元素、回火保溫后采取快速冷卻方式 等措施,防止或減輕第二類回火脆性。陳俊丹等[31] 研究發現:42CrMo鋼經850 ℃×4h水淬+500~ 650℃回火水冷后,其-12 ℃沖擊功隨回火溫度的 升高先增大后減小,600 ℃回火后的沖擊功最大,為 104J;碳化物的形貌和分布是影響42CrMo鋼低溫 沖 擊 性 能 的 關 鍵 因 素。 楊 敏 等[32] 研 究 發 現, 42CrMo鋼經淬火及550~650 ℃回火處理后,隨著 回火溫度的升高,碳化物形貌由片狀向片粒狀轉變, 屈服強度與抗拉強度降低,而沖擊功升高,并未出現 文獻[31]中在600℃回火溫度下達到峰值后隨著回 火溫度升高而降低的現象。
與傳統加熱方式相比,感應加熱方式具有節約 能源、加熱速率快、溫度控制準確、生產效率高、表面 氧化層少、損耗低等優點。余偉等[33]對比研究了淬 火+緩慢加熱回火的傳統調質處理與淬火+感應加熱回火的新調質處理工藝對高強度鋼組織和性能的 影響,發現:兩種工藝下鋼的顯微組織均主要為板條 寬300~500nm 的馬氏體,但淬火+感應加熱回火 調質處理后,板條組織更明顯,且組織中存在尺寸約 20nm 的析出物,比傳統調質處理后的細小;淬火+ 感應加熱至500℃回火后試驗鋼的斷后伸長率大于 16%,-40 ℃沖擊功達到32J,優于傳統調質處理 后的,這是由淬火+感應加熱回火后組織中存在更 多小尺 寸 析 出 物 和 殘 余 奧 氏 體 導 致 的。 林 君 泓 等[34]也得到相似結論,即:42CrMoA 鋼制 M36 風 電螺栓經中頻感應與網帶爐調質后,強度和硬度基 本相當;與網帶爐調質處理后的風電螺栓相比,中頻 感應調質處理后組織更均勻、細小,塑韌性更好,斷 面收縮率、斷后伸長率和低溫(-40 ℃)沖擊功分別 提高了24.39%,8.82%及81.22%。
2.5.4 調質處理次數
調質處理的主要目的是調整組織,減少碳化物, 獲得索氏體組織或索氏體和均勻分布的粒狀碳化物 組織。多次調質處理有利于得到微細的等軸晶粒。 42CrMo鋼經過二次調質處理后,殘余奧氏體含量 減少,晶粒細化,低溫沖擊功、屈服強度、抗拉強度均 明顯提高;經過三次、四次調質處理后,低溫沖擊功、 屈服強度、抗拉強度無明顯變化,殘余奧氏體基本消 失,晶粒進一步細化[35]。
3 熱軋盤條生產10.9級大規格風電螺栓現狀
隨著盤條生產技術的提升以及冷鐓工藝裝備的 發展,越來越多的熱(溫)鍛棒材被熱軋盤條替代,但 是在產品替代過程中,發現在同等熱處理條件下,與 用熱(溫)鍛棒材生產的螺栓相比,用熱軋盤條生產 的風電螺栓的強度、硬度基本不變,但-45 ℃的 V 型缺口沖擊功降低了5~10J,且用熱軋盤條生產的 螺栓甚至出現低溫沖擊性能不合格現象,需要進行 二次調質處理才能滿足低溫沖擊韌性要求,這增加 了產品生產成本,降低了產品市場競爭力。
用于 生 產 10.9 級 風 電 螺 栓 的 ?30 mm 和 ?36mmSCM440鋼熱軋盤條采用加勒特大盤卷方 式生產,在生產過程中吐絲后的盤條采用集卷冷卻 方式,冷卻速率較低。SCM440鋼中含有較高的碳 和合金元素,其熱軋盤條組織為鐵素體、珠光體和貝 氏體的混合組織;而在采用集卷冷卻方式時,很難做 到盤卷各部位冷卻速率一致,因此盤條組織一致性 難以得到保證。采用冷鐓工藝生產風電螺栓前,必須對SCM440鋼熱軋盤條進行球化退火處理,以保 證冷鐓原料的塑性變形能力。不同原始組織影響著 中碳鋼及中碳合金鋼退火組織的演變過程。馬氏 體、貝氏體原始組織經球化處理后可獲得分布均勻 的球化物;粗片狀珠光體原始組織的球化速率較慢, 且由于原多邊形鐵素體的存在,整體碳化物分散度 偏低[36]。原始組織為球化退火組織的鋼經調質處 理時,奧氏體首先在碳化物與鐵素體的界面處形成, 隨后其形成取決于碳化物溶解時碳通過奧氏體的擴 散速率,這造成奧氏體的形成速率較低,從而導致奧 氏體成分均勻性較差,經調質處理后不同區域碳化 物析出數量、形貌存在差異,最終影響成品的低溫沖 擊性能。在螺栓熱(溫)鍛成型時采用的熱(溫)鍛溫 度較低,較低的鍛造溫度有利于抑制奧氏體晶粒長 大,從而獲得細小組織。經熱(溫)鍛后的 SCM440 鋼螺栓毛坯采用空冷冷卻方式,相當于在調質處理 前對螺栓進行了一次正火處理。正火處理可增加 42CrMo鋼調質處理后的組織均勻性,減少心部區 域晶粒 粗 大 的 鐵 素 體 數 量,從 而 提 高 平 均 沖 擊 功[37]。因此,采用熱(溫)鍛熱軋棒材工藝生產的風 電螺栓的低溫沖擊性能優于采用冷鐓熱軋盤條工藝 生產的。
4 結束語
廣闊的風力發電市場促進了風電技術和裝備的 發展。風電用高強度螺栓作為連接結構中的重要零 部件,應具有良好的低溫沖擊性能。影響高強度風 電螺栓低溫沖擊性能的因素主要包括晶體結構、化 學成分、調質前原始組織、調質前的加工工藝、調質 處理工藝等。為提高10.9級 M36風電螺栓的低溫 沖擊性能,應從以下幾個方面對熱軋盤條及其加工 工藝進行嚴格控制。
(1)降低有害雜質元素含量,硫、磷質量分數一 般控制0.015%以下;可采用鈮鈦復合微合金化來 提高SCM440鋼的低溫沖擊性能,但會造成生產成 本增加;采 用 轉 爐 →LF 精 煉 → 連 鑄 工 藝 生 產 的 SCM440鋼中鋁質量分數應不低于0.015%,以防止 淬火時奧氏體晶粒長大,從而提高風電螺栓的低溫 沖擊性能。
(2)應降低SCM440鋼中大顆粒非金屬夾雜物 的尺寸及數量,以提高鋼的低溫沖擊性能。
(3)SCM440鋼熱軋盤條組織宜控制為以粒狀 貝氏體為主,且組織應具有較好的均勻性。
(4)應盡可能使SCM440鋼球化退火后獲得細 小球狀滲碳體組織,以保證淬火時組織充分奧氏體 化以及淬火后組織的一致性。
(5)在保證奧氏體化前提下,在淬火時應嚴格 控制淬火溫度和保溫時間,以防止奧氏體晶粒長大 而出現混晶,最終影響鋼的低溫沖擊性能。
參考文獻:
[1] 林曉龍.高強度螺栓的應力分析及結構疲勞強度優化[D].沈 陽:東北大學,2012. LINXL.Stressanalysisofhighstrengthboltandstructure fatiguestrengthimprovement[D].Shenyang:Northeastern University,2012.
[2] 張先鳴.風電機組緊固件的要求及制造工藝[J].緊固件技術, 2012(3):54-56. ZHANG X M.Requirementsand manufacturingprocessof fastenersforwindturbineunit[J].FastenerTechnology,2012 (3):54-56.
[3] 顧青麗,張先鳴.緊固件線材棒料在風 電 高 強 螺 栓 中 的 應 用 [J].金屬加工(熱加工),2010(5):37-39. GU Q L,ZHANG X M.Applicationoffastenerwirerodin windpowerhigh strength bolt[J]. Metal Working (Hot Working),2010(5):37-39.
[4] 張先鳴.風電材 料 與 緊 固 件 沖 擊 試 驗 [J].電 氣 制 造,2011 (11):66-67. ZHANG X M.Impacttestof wind power materialsand fasteners[J].ElectricalManufacturing,2011(11):66-67.
[5] 鐘盛鋼,張先鳴.風電用與鋼結構用高強度緊固件的差異[J]. 金屬制品,2009,35(6):62-65. ZHONGS G,ZHANG X M.Differencesofhighstrength fastenerbetweenforwindpowerandsteelstructure[J].Metal Products,2009,35(6):62-65.
[6] 梁耀能.機械工程材料[M].廣州:華南理工大學出版社,2002: 12-20. LIANG Y N. Mechanical engineering materials [M ]. Guangzhou:South China University of Technology Press, 2002:12-20.
[7] 張偉強,郭金.42CrMo 鋼在不同溫度下單向拉伸的流變特征 [J].金屬熱處理,2012,37(7):94-97. ZHANG W Q,GUOJ.Flowcharacteristicsof42CrMosteel onunidirectionaltensionatdifferenttemperatures[J].Heat TreatmentofMetals,2012,37(7):94-97.
[8] 李靜媛,魏成富,孫維禮,等.42CrMo鋼中夾雜物對性能的影 響[J].兵器材料科學與工程,1992,15(1):40-44. LIJY,WEICF,SUN W L,etal.Effectofinclusionson propertiesof42CrMosteel[J].OrdnanceMaterialScienceand Engineering,1992,15(1):40-44.
[9] 張永權,劉天軍,楊才福,等.硅錳含量對10CrSiNiCu鋼低溫韌 性的影響[J].特殊鋼,1997,18(6):24-27. ZHANGY Q,LIU TJ,YANGCF,etal.EffectofSi,Mn contentonlow-temperaturetoughnessofsteel10CrSiNiCu [J].SpecialSteel,1997,18(6):24-27.
[10] 王明禮,王建,王麗霞,等.42CrMo鋼冶金質量和顯微組織對 低溫沖擊功的影響[J].軸承,2009(12):37-39. WANG M L, WANG J, WANG L X,etal.Effectof metallurgicalqualityand microstructureof42CrMosteelon lowtemperatureimpactenergy[J].Bearing,2009(12):37- 39.
[11] 李靜媛,高惠俐.夾雜物對超高強度鋼韌性的影響[J].兵器材 料科學與工程,1990,13(11):12-19. LIJY,GAO HL.Effectofinclusionsontoughnessofultra highstrength steel [J].Ordnance Material Science and Engineering,1990,13(11):12-19.
[12] 陳先毅.Al含量對42CrMo鍛件沖擊吸收功的影響[J].大型 鑄鍛件,2016(5):10-11. CHEN X Y.Influence of aluminum content on impact absorbingenergyof42CrMoforgings[J].HeavyCastingand Forging,2016(5):10-11.
[13] 沈奎,廖舒綸,麻晗,等.鋁含量對冷鐓鋼性能的影響[J].熱加 工工藝,2016,45(18):95-97. SHEN K,LIAOSL,MA H,etal.EffectofAlcontenton properties of cold heading steel [J]. Hot Working Technology,2016,45(18):95-97.
[14] 齊建軍,李紹杰.鋁氮比對轎車用滲碳鋼晶粒混晶的影響[J]. 河北冶金,2015(2):1-4. QIJJ,LISJ.Influenceofaluminum-nitrogenrateonmixed grainstructureof20MnCr5carburizingsteelforcar[J]. HebeiMetallurgy,2015(2):1-4.
[15] 吳鎮宇,袁守謙,惠衛軍.鈮鈦復合微合金化42CrMo鋼低溫 韌性[J].金屬熱處理,2013,38(3):43-46. WU Z Y, YUAN S Q, HUI W J.Low temperature toughnessof Nb-Ti microalloyed42CrMosteel[J].Heat TreatmentofMetals,2013,38(3):43-46.
[16] 鐘浩,李站衛,李文英,等.微合金化對合金冷鐓鋼 SCM440 抗低溫沖擊性能的影響[C]//2014年全國軋鋼生產技術會議 文集.無錫:中國金屬學會,2014:981-984. ZHONG H,LIZ W,LIW Y,etal.Effectofmicroalloying onlow temperatureimpact resistance for SCM440 cold headingsteel [C]// Proceedings of2014 National Steel Rolling Production Technology Conference.Wuxi: China SocietyofMetals,2014:981-984.
[17] 斯庭智,吳宗雙,高亞磊,等.Ti、B 微合金化 42CrMo鋼的組 織與性能[J].金屬熱處理,2012,37(11):46-50. SIT Z,WU Z S,GAO Y L,etal.Microstructureand mechanicalpropertiesofthemicroalloyed42CrMosteelswith TiandB[J].HeatTreatmentofMetals,2012,37(11):46- 50.
[18] 馬鵬飛,李美蘭.熱 處 理 技 術 [M].北 京:化 學 工 業 出 版 社, 2009:33-34. MAPF,LIM L.Heattreatmenttechnology[M].Beijing: ChemicalIndustryPress,2009:33-34.
[19] KRAUSSG.鋼的熱處理原理[M].李崇謨,譯.北京:冶金工業出版社,1987:165-166. KRAUSSG.Heattreatmentprincipleofsteel[M].LICM, Transl.Beijing:MetallurgicalIndustryPress,1987:165-166.
[20] 王利軍,呂彥新,阮士朋,等.初始組織對 SCM435鋼調質處 理后力學性能的影響[J].材料熱處理學報,2019,40(6):117- 122. WANGLJ,Lü Y X,RUAN SP,etal.Effectofinitial microstructureon mechanicalproperties of SCM435 steel afterquenchingandtempering[J].TransactionsofMaterials andHeatTreatment,2019,40(6):117-122.
[21] 陳繼林,劉振民,劉超,等.軋制工藝對高強度螺栓鋼低溫沖擊 性能的影響[J].金屬熱處理,2017,42(1):94-98. CHENJL,LIUZM,LIUC,etal.Effectofrollingprocess onlowtemperatureimpactpropertiesofhighstrengthbolt steel[J].HeatTreatmentofMetals,2017,42(1):94-98.
[22] 宋維錫.金屬學[M].北京:冶金工業出版社,2008:388-390. SONG W X. Metallurgy [M ]. Beijing: Metallurgical IndustryPress,2008:388-390.
[23] TAKESHIT,TAKAYO C,TOSHIOS.Influenceofheat treatmentsongraincoarseningofausteniteincold worked steels[J].SanyoTechnicalReport,1995,2(1):28-34.
[24] 席志偉,羅紅梅,孫國棟.預備熱處理對 A-F 區亞溫淬火-回 火的42CrMo鋼 組 織 和 性 能 的 影 響 [J].特 殊 鋼,2019,40 (4):43-47. XIZ W,LUO H M,SUN G D.Effectofconditioningheat treatmentonstructureandpropertiesofqunchedfrom A-F dualphaserange-tempered42CrMosteel[J].SpecialSteel, 2019,40(4):43-47.
[25] 徐尚呈,周立新,張志成,等.熱處理工藝對 SAE4320鋼奧氏 體晶粒度的影響[J].金屬熱處理,2014,39(11):111-113. XUSC,ZHOU L X,ZHANG ZC,etal.Effectofheat treatmentonaustenitegrainsizeofSAE4320steel[J].Heat TreatmentofMetals,2014,39(11):111-113.
[26] 鄭馨秋,姚建柱.亞溫淬火工藝對42CrMo4鋼沖擊韌度的影 響[J].金屬加工(熱加工),2015(5):84-85. ZHENG X Q, YAO J Z. Effect of sub temperature quenchingprocessonimpacttoughnessof42CrMo4steel[J]. MetalWorking(HotWorking),2015(5):84-85.
[27] 馬躍新,周子年.30CrMnSiA 鋼亞溫淬火工藝研究[J].熱加 工工藝,2009,38(8):151-153. MA Y X,ZHOU Z N. Research on sub-temperature quenchingprocessof30CrMnSiA steel[J].Hot Working Technology,2009,38(8):151-153.
[28] 王明禮,王麗霞,陳翠麗.風電軸承用42CrMo鋼調質工藝參 數的優化[J].軸承,2012(2):15-17. WANG M L,WANG L X,CHEN C L.Optimizationof quenchingandtemperingprocessparametersof42CrMosteel forwindturbinebearing[J].Bearing,2012(2):15-17.
[29] 葛凱晨,盧軍,馬佳明,等.冷處理對合金結構鋼力學性能的影 響[J].熱加工工藝,2010,39(16):149-151. GE K C,LU J,MA J M,etal.Influenceofcryogenic treatmenton mechanicalpropertiesofalloystructuresteel [J].HotWorkingTechnology,2010,39(16):149-151.
[30] 張海東,閆獻國,陳峙,等.淺 冷 處 理 和 深 冷 處 理 對 42CrMo 鋼硬度和沖擊韌性的影響[J].熱加 工 工 藝,2020,49(22): 121-124. ZHANGHD,YANXG,CHENZ,etal.Effectsofshallow and deep cryogenic treatment on hardness and impact toughnessof42CrMosteel[J].Hot Working Technology, 2020,49(22):121-124.
[31] 陳俊丹,莫文林,王培,等.回火溫度對42CrMo鋼沖擊韌性的 影響[J].金屬學報,2012,48(10):1186-1193. CHENJD,MO W L,WANGP,etal.Effectsoftempering temperatureontheimpacttoughnessofsteel42CrMo[J]. ActaMetallurgicaSinica,2012,48(10):1186-1193.
[32] 楊敏,崔冕,李占陽,等.回火溫度對42CrMo鋼金相組織及 力學性能的影響[J].現代冶金,2019,47(1):4-5. YANG M,CUI M,LIZ Y,etal.Effectoftempering temperatureon microstructureand mechanicalpropertiesof 42CrMosteel[J].ModernMetallurgy,2019,47(1):4-5.
[33] 余偉,徐立善,陳銀莉,等.回火方式對調質高強度鋼組織和 性能的影響[J].材料科學與工藝,2012,20(1):103-107. YU W,XULS,CHENYL,etal.Effectoftempermethod onmicrostructureandpropertiesofquenched-temperedhigh strengthsteel[J].MaterialsScience & Technology,2012, 20(1):103-107.
[34] 林君泓,貝良輝,黃樹舟,等.M36風電螺栓中頻感應與網帶 爐調質對比研究[J].寧波工程學院學報,2020,32(4):25-28. LINJH,BEIL H,HUANG SZ,etal.A Comparative studyofmediumfrequencyinductionofM36windpowerbolt andtemperingofmeshbeltfurnace[J].JournalofNingbo UniversityofTechnology,2020,32(4):25-28.
[35] 徐鋼新,陳亮,李勃,等.多次調質對42CrMo鋼組織和力學性 能的影響[J].金屬熱處理,2014,39(5):112-114. XU G X,CHEN L,LI B,etal.Influenceofrepeated quenchingandtemperingon microstructureand mechanical propertiesof42CrMosteel[J].HeatTreatmentofMetals, 2014,39(5):112-114.
[36] 王利軍,陳繼林,翟進坡,等.初始組織形態對中碳及中碳合金 鋼退火組織演變的影響[J].金屬熱 處 理,2016,41(11):30- 34. WANGLJ,CHENJL,ZHAIJP,etal.Effectofinitial microstructureonmicrostructureevolutionofmediumcarbon andmedium carbonalloysteelsduringannealing[J].Heat TreatmentofMetals,2016,41(11):30-34.
[37] 李康麗,李永志,孫國棟.正火預熱處理對42CrMo曲軸鋼調 質后的組織與性能影響[J].特殊鋼,2020,41(4):26-29. LIK L,LIYZ,SUN G D.Effectofnormalizingpreheat treatmenton structureand propertiesof42CrMoforging crankshaftsteelafterquenchingandtemperingtreatment[J]. SpecialSteel,2020,41(4):26-29.
浙公網安備 33042402000106號
