非调质钢的应用与节能降本成果广泛推广

1.概述 非调质钢是在中低碳钢中加入微量强化物形成元素（如钒、铌、钛等元素），利用锻造过程中的高温形变及随后的冷却，控制微量合金化合物的析出及产生晶粒细化作用，从而使钢强化。由于这类钢在生产过程中省去了调质热处理过程，而力学性能可达到中低碳钢调质的水平，故称为非调质钢。

20世纪70年代，德国首先研究了微合金化的中碳非调质钢（49MnVS3）的物理冶金、组织—性能关系，以及在锻造结构件上的应用。微合金化的中碳非调质钢由于添加了微量合金化元素，产生沉淀强化作用可使钢强度达到调质钢的水平，但其韧性比较低。因此，汽车制造业最早将非调质钢用于制造主要经受疲劳载荷而对冲击韧度要求不太高的发动机曲轴之类的部件。

由于非调质钢不用进行调质处理，具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，得到迅速发展和使用，尤其在汽车工业中获得更加广泛的应用。目前，国外汽车上许多锻件（如汽车曲轴、连杆、半轴等零件）已广泛采用了非调质钢制造；国内汽车厂也在开发应用非调质钢或引进国外非调质钢制造技术，制备汽车曲轴、连杆、前轴等零件。随着精炼工艺、微合金化技术、控轧控冷、优良组织（晶内铁素体析出、铁素体—贝氏体及铁素体—马氏体）的采用使非调质钢的应用范围更加广泛，涉及建筑、重型机械、高压输送管道、桥梁等领域。

初期发展的非调质钢有冲击韧度较低的缺点，因此近年来在改善非调质钢的韧性方面开发了一系列新技术。同时，为了获得兼有高强度和高韧性的非调质钢，还开发了一系列新钢种，为非调质钢更加广泛的应用开拓了广阔的前景。

2.国外的应用现状 第二次石油危机后，在节能动力推动下和微合金化技术基础上，德国蒂森公司开发了第一个非调质锻钢49MnVS3（铁素体+珠光体型），取代调质50钢制造汽车曲轴，提高了锻件成品率、切削性能、抗疲劳性能，降低了成本。随后英国钢铁公司建立了Vanard（850～1100MPa）热锻用非调质钢系列；法国SAFE公司开发了一系列METASAFE钢（800～1000MPa）；近年来日本研究非调质钢最为活跃，处于世界先进水平，新日铁、神户制钢、爱知制钢、山阳特殊制钢等公司相继建立了各自的非调质钢系列。

20世纪80年代，由法国、德国、意大利生产的Nb-V非调质钢利用了Nb的晶粒细化、降低珠光体片层间距、析出强化3种作用开发了含Nb非调质METASASAFE钢，应用于悬架、车轴、轮毂。欧洲近来已开发出METASASAFE1000钢（0.45%C、0.3%Si、1.5%Mn、0.12%V、0.04%Nb），热轧或热锻态强度稳定超过1000MPa，目前，工业先进国家研制开发生产了大量的V-Nb复合微合金化的非调质钢，在汽车零件的使用率已达60%以上。近年来，热锻后空冷高强度贝氏体钢成为非调质钢的重要方向，研究结果表明，在同样的碳当量下，贝氏体钢的抗拉强度比铁素体—珠光体钢高200MPa以上，具有明显的优势。阿塞洛公司开发的中碳Mn-Si-Cr系空冷贝氏体钢在实验室获得的最佳性能为抗拉强度1150MPa，伸长率为20%，而韩国浦项公司开发的低成本空冷微合金化低碳贝氏体钢的抗拉强度为825MPa，伸长率为11.1%（0.15%C、1.8%Mn、0.002%B），满足汽车万向节拉杆的技术要求。

热锻用非调质钢（铁素体+珠光体型）一般属于结构件，因强度高、价格便宜，得到了最广泛的应用，常用来代替部分45、40Cr、40MnB、40、50钢等结构钢，使用最多的汽车零件是曲轴、连杆、万向节、轮毂等。德国汽车行业中曲轴、连杆、前轴、半轴等锻件70%以上采用非调质钢制造；日本目前汽车制造业中75%的连杆和90%的曲轴采用了非调质钢；瑞典VOLVO汽车制造厂每年约采用25000t非调质钢制造汽车零件。

在节能降本方面，非调质钢可省去占调质钢生产总成本6%的热处理费用。德国人估计用49MnVS3钢代替调质钢做连杆可节约总成本的38%；日本爱知制钢公司分析，非调质钢因省略调质处理这一工序，可使热锻产品的成本降低18%。

日本非调质钢是相对调质钢而言的，不需要调质处理。应用对象是轴类件和冷镦加工零件。主要产品为汽车前梁（前轴）、曲轴、万向节、半轴、转向臂和冷镦加工使用的螺栓、螺母汽车标准件等。日本热处理调质费用平均为250美元/t，大约占钢材成本的30%。国外由于人工成本和能源电力成本较高，热处理费用占加工工艺总成本的比例逐步提高。为提高汽车用特殊钢加工工艺性能和降低成本，日本新日铁公司和丰田、日产等汽车公司合作开发了非调质钢材料。

现在日本80%以上的汽车企业已开始采用非调质钢，绝大多数企业已完全取消了热处理工厂。2004年日本汽车用特殊钢为319万t，其中非调质钢为204万t，占64%。采用的零部件主要以汽车结构件、保安件为主，汽车底盘、部分重要传动系统、动力系统、排气系统中主要零部件都开始使用非调质钢。

日本爱知制钢公司开发出了无需热处理的锻造加工用非调质钢“SVd15BX”，并在2008年5月21日开幕的“人与车科技展2008”上展出了采用这种材料加工的下摇臂。该下摇臂已被丰田高级轿车“皇冠”采用。省去热处理工序，可将制造成本降低5%～10%。该新材料为贝氏体非调质钢，是在碳素钢中加入“比通常多”的锰，并添加钒、铬以及钼制成的。主要靠钒来提高抗拉强度，靠锰、铬以及钼来增加韧性。将这种钢材锻造制成工件后，待其温度降至常温就可直接进入机加工工序。锻造时温度约达到800℃，成型后置于台车及搁架等自然冷却，自动完成了工件所需要的热处理，具备了所需的抗拉强度及韧性。采用新材料整形后的下摇臂等部件的抗拉强度为900MPa，达到了以往同等以上水平。−50℃时的低温冲击值为30J，是以前产品的1.5倍。可加工性也很出色，具有可延长机械加工刀具寿命等优点。新材料除可用于下摇臂外，还可用于曲轴、连杆以及万向节。(www.xing528.com)

在德国大众公司，用27MnSiVS6非调质钢制造的轿车连杆年产250万件；瑞典VOLVO公司每年约耗用25000t钢材用于制造汽车零件。此外，美国福特、意大利菲亚特及俄罗斯伏尔加等汽车公司都广泛采用非调质钢来制造曲轴、连杆等零件。在亚洲，近年来日本在非调质钢的发展上取得了很好的成绩，在推广应用以及新钢种、新技术的开发等方面都已处于世界领先地位。新日铁、神户制钢、大同特殊钢、住友金属等各大钢铁公司近年来在非调质钢的研究开发方面都取得了重大进展。日本55%的轴类零件、75%的锻造结构件均已采用非调质钢制造，其中三菱汽车公司的转向系统和传动系统之前所用的热锻调质件几乎全部改为非调质钢；丰田、住友等公司90%的曲轴、75%的连杆也都采用非调质钢制造，如住友金属已经普遍采用S43CV、S45CV、S50CV等非调质钢制造汽车连杆。

3.我国的应用现状 最近几年，非调质钢在我国汽车工业广泛用于生产制造汽车发动机连杆、曲轴、万向节等零件，主要是铁素体—珠光体型非调质钢，常用钢种有40MnVN、48MnV、C38N2、45MnV、30MnVS、S43CVS1、38MnVS等，加入Mn和Cr可以降低A_C1转变温度，从而可以细化珠光体，并增加其体积分数。

一汽集团曾分别与北满钢厂、大连钢厂合作进行冶炼，并在捷达汽车发动机连杆上进行了试验，但由于材料的稳定性较差，还没有实现本地化。一汽集团现在开发的6DL系列柴油发动机连杆采用的是裂解工艺，材料用高碳非调质钢FAS70S2，目前是从国外进口，FAS70S2非调质钢本地化试验工作正在进行。该钢种主要技术特点是化学成分范围窄、钢材表面质量要求高。我国目前已在上海大众轿车、江西五十铃4JBI发动机曲轴上应用牌号为49MnVS、48MnV的非调质钢材料。

目前，宝钢股份特殊钢分公司生产的38MnVS5、22MnVS5非调质钢已为上海爱知锻造公司批量供应，所生产的曲轴、连杆批量出口印尼、泰国达100万支；天润曲轴公司采用48MnV钢批量生产了重载汽车用康明斯C系和上柴D6114发动机曲轴11万多支；一汽集团采用研发的FAS2230非调质钢生产的重载汽车用轴头已通过总成台架试验，正在生产中少批量使用，并纳入企业新产品标准中。

我国汽车工业应用较多的低碳贝氏体钢为12Mn2VB、12Mn2VBS，由清华大学研制的，主要做前桥、转向臂、弯直臂等，已在一汽、二汽、江铃汽车厂使用。马氏体非调质钢具有良好的强韧性配合，可用于制作汽车万向节臂等零件。低碳马氏体非调质钢已逐渐应用于工业生产，目前我国开发的自回火低碳马氏体非调质钢已试用于汽车水泵轴。

我国研制的非调质钢按组织分类有铁素体—珠光体型非调质钢、贝氏体型和马氏体型非调质钢，非调质钢的开发和应用最广泛的是汽车行业。据不完全统计，目前我国非调质钢的年用量为20万～25万t，其中汽车行业的年用量就达10万～15万t。

在非调质钢中，铁素体—珠光体型非调质钢最初用于制造汽车发动机曲轴等零件，现已扩展到汽车其他零件。目前国内常用的曲轴用铁素体—珠光体型非调质钢包括48MnV、38MnVS、38MnSiV、49MnVS3以及国外牌号C38（N2）等，可分别应用于摩托车曲轴、奥托汽车曲轴以及货车曲轴等。应用非调质钢最成功的零件是各种汽车发动机连杆，用量约占全国非调质钢生产总量的一半。其他非调质钢汽车零件的生产和应用还表现在非调质钢汽车半轴、非调质钢汽车机油泵传动齿轮和非调质钢凸轮轴等上。

在我国汽车工业上应用较多的低碳贝氏体型非调质钢为12Mn2B钢和12Mn2VB钢，以及为改善切削加工性能而开发的12MnBS钢。低碳贝氏体非调质钢前桥已在一汽、二汽、济南重汽以及攀钢、兴澄钢厂、本溪钢厂、抚顺钢厂、唐山钢厂等厂家生产。二汽及江铃汽车厂分别用低碳贝氏体非调质钢做汽车前桥、万向节、弯直臂等。

马氏体型非调质钢具有异常好的韧性及较好的强韧性配合，可用于制作汽车的万向节臂等零件。低碳马氏体型高强度、高韧性非调质钢已由实验室逐渐应用于工业生产。目前，我国开发的自回火低碳马氏体型非调质钢已试用于生产汽车的水泵轴。