20SiMn2MoVA钢的高强度和韧性优势

试验室试验和生产实践证明，20SiMn2MoVA有较高的淬透性，可以使大截面零件得到低碳马氏体，从而获得良好的综合力学性能。与国外迄今大量使用的中碳合金调质钢相比，20SiMn2MoVA的断裂韧性和常规塑性、韧性指标与之相当，在静载和动载下的缺口敏感度、过载敏感性也不相上下，而强度则高50%左右，冷脆倾向也显著低。与低温回火的中碳超高强度钢相比，20SiMn2MoVA的强度指标较低，但断裂韧性和常规塑性指标都高得多，静载与动载缺口敏感度和过载敏感性也显著降低。至于和20SiMn2MoVA等强度的中碳合金结构钢淬火中温回火，其常规塑性指标（δ₅、δ₁₀、ψ_B、ψ_K）并不算低，但断裂韧性、冲击值及静载与动载缺口敏感度和过载敏感性则低得多。中碳合金结构钢贝氏体等温淬火，虽然也能得到较好的综合力学性能，但与低碳马氏体状态的20SiMn2MoVA相比则有逊色。由此可见，20SiMn2MoVA不仅具有高强度与大塑性、韧性相结合的特点，而且在静载、动载下有低的缺口敏感度和过载敏感性，低的冷脆倾向，较高的断裂韧性。

众所周知，钢的性能是由其成分和组织决定的。20SiMn2MoVA之所以有良好的综合力学性能，是因为它是在低碳马氏体的组织状态使用。关于低碳马氏体具有良好的综合力学性能的问题，文[1，2]已有详细论述。对比文[1]中15、20Cr等钢种和20SiMn2MoVA的力学性能，不难看出，在同样具有低碳马氏体的组织状态的情况下，15钢和20Cr是不及20SiMn2MoVA的。这是由于钢的成分，即合金元素的影响。20SiMn2MoVA是多元素合金钢。硅、锰、钼、钒等元素既充分发挥各自的有利作用，又互相影响，互相制约，进一步提高了钢的综合力学性能。这说明，不用镍铬而采用我国富有元素发展高强度结构钢，是完全可能的。而对于在低碳马氏体状态使用的高强度钢而言，Si—Mn—Mo—V系是很有发展前途的。

石油机械几种典型产品采用20SiMn2MoVA取得了一定的效果，说明这个钢种对于减轻重量、延长寿命、节约原材料，多快好省地发展机械工业，是很有意义的。因此，我们认为，它可以作为一种高强度机械制造用钢，不仅在石油机械制造行业，而且在其他机械制造部门逐步推广使用。尤其对于应力状态较“硬”、要求高强度与大塑性韧性相结合的零件，或者在低温长期使用的零件，用于代替中碳高强度钢，更能发挥它在性能上的特点。对于那些采用中碳调质钢而需要大幅度减轻重量、延长寿命的机件，一般可以针对不同服役条件，适当降低回火温度而提高使用强度水平。但如果这样做在塑性韧性方面不能满足要求的话，不妨采用20SiMn2MoVA。如前所述，20SiMn2MoVA的塑性、韧性和缺口敏感度、过载敏感性是不亚于调质钢的，用于取代调质钢应该是靠得住的。有些机件，如果采用中碳钢贝氏体等温淬火在工艺上有困难，可以考虑改用低碳马氏体状态的20SiMn2MoVA，这样工艺简单，力学性能还会更好。当然上面两例都是消极的。积极的作法应该是，从分析具体零件的实际服役条件出发，把20SiMn2MoVA在力学性能和工艺性能上的特点与零件的服役要求以及生产条件相结合，并取得具体的服役考验，做到材尽其用。

事物都是一分为二的。20SiMn2MoVA的主要缺点是：切削加工较困难。我们虽然在生产实践中不断进行了探索和改进，收到了一定的效果，但与一般结构钢相比，切削加工效率还是比较低的。这有待于进一步试验。我们对这个钢种的试验和生产实践也还是初步的，需要进一步掌握其规律。当然，这不应该影响这个钢种的推广使用。

另外，本文20SiMn2MoVA试验用料系采用电渣重熔钢。但这个钢种不电渣重熔也能得到较好的综合力学性能。表26所示为电渣钢与电炉钢力学性能的比较。实际上，宝鸡石油机械厂采用20SiMn2MoVA的产品中，只有射孔器、吊卡这样有特殊要求的产品才规定采用电渣钢，其余产品都采用电炉钢。因此，从节约的观点出发，在选用本钢种时应首先考虑采用电炉钢。此外，20SiMn2MoVA淬透性较高，这对于截面较小的零件显然是不必要的。此时可适当降低含锰量。这样既节约了合金元素，对冷热加工工艺性能也是有利的。(www.xing528.com)

表26 电渣钢与电炉钢力学性能的比较

注：以上均为三根以上试样的平均值。电渣钢数据取自本文表5-2，电炉钢数据取自[3]。

（本文成稿于1974年11月，合作者：宝鸡石油机械厂张桂林、李健鹏、张毅、罗宝怀等，大冶钢厂余柏海等，西安交通大学金达曾、邓增杰、陈黄浦等。）