低合金超高强度钢

中文名称

低合金超高强度钢

英文名称

low alloy ultra- high strength steel

定　　义

合金元素含量低于5%的中碳超高强度钢。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），钢铁材料（三级学科），钢铁材料品种（四级学科）

超高强度钢对冶金质量要求高，通常采用电弧炉和电渣重熔冶炼。要求纯度高的钢种，多采用真空感应炉或真空自耗电弧炉冶炼。中、低合金超高强度钢在热处理时应防止脱碳；马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢，可以用普通加热炉固溶处理。焊接时须采用保护气体焊接或采用钨极氩弧焊接。某些含碳较高的（0.4%左右）低合金超高强度钢，焊接后应立即进行去应力退火。

（1）冶炼。采用真空冶炼工艺提高钢的纯净度是改善超高强度钢性能的重大技术措施。真空冶炼主要是降低钢中的气体和非金属夹杂物含量。40CrNi2MoA钢采用真空冶炼，使钢中氢、氧和氮含量比电弧炉冶炼分别降低50%、85%和70%。由于冶金质量改善，从而使钢的断裂韧性明显地提高。

（2）夹杂物形态控制。控制夹杂物形态能有效地改善超高强度钢的断裂韧性。为了提高断裂韧性首先要对硫和磷要有严格的限制，采用冶炼工艺要最大限度地降低钢中硫和磷含量。

（3）热处理。改变热处理工艺是提高断裂韧性经常采用的一种有效手段。超高强度钢采用1200℃高温淬火，钢中奥氏体晶粒尺寸增大，显微组织中板条马氏体量增多，马氏体板条边界形成有残留奥氏体薄膜。这些因素都能使钢的断裂韧性提高。但是由于粗大晶粒降低冲击韧性，因而在生产中难以推广应用。

等温淬火是经常采用的一种超高强度钢热处理工艺。采用不同的等温温度可获得下贝氏体或下贝氏体与马氏体混合组织。这种显微组织在受力条件下裂纹在边界形核并穿过晶体扩展，当经过界面时裂纹扩展改变方向，使消耗能量增多，断裂韧性提高。如表4所示，40CrNi2Si2MoVA钢采用250～300℃等温淬火，断裂韧性提高23%，应力腐蚀界限强度因子提高10%。

（4）形变热处理。形变热处理是将变形强化与相变强化相结合的综合强化工艺。长期以来，形变热处理已经广泛用于提高超高强度钢的强度和韧性。通常多采用高温形变热处理，即在奥氏体再结晶温度以上进行形变，随后淬火得到马氏体组织，再进行回火处理。由于形变后淬火形成细小马氏体，位错密度明显增加，并加速合金碳化物弥散析出。因而不仅强度提高，而且主要是塑性和韧性明显改善。

低温形变热处理是将钢加热到奥氏体温度后，急冷到亚稳奥氏体区（500～600℃）进行变形加工，随后淬火的热处理工艺。该工艺要求钢的淬透性高，过冷奥氏体在中温形变区稳定性大。一般形变量在60%以上。形变温度愈低，形变量增大，则钢中马氏体组织更细，位错密度增加，因此，强化效果更为明显。4Cr5MoVSi钢经低温形变热处理后，抗拉强度可达到2500MPa以上，疲劳强度极限提高20%～26%。

是一种低合金超高强度钢，钢的淬透性高，油中临界淬透直径为60mm(96%马氏体)，钢在淬火回火后可获得很高的强度，并具有一定的韧性，且可加工成型；但冷变形塑性与焊接性较低。抗腐蚀性能较差，受回火温度的影响，使用温度不宜过高，通常均在淬火、低温(或中温)回火后使用。标准：GB/T 3077-1988