微量元素鋁和氮對SWRCH35K鋼淬火組織和淬透性的影響

SWRCH35K鋼為中碳冷鐓鋼，是目前我國制造8.8級緊固件使用量最大且加工工藝最為成熟的冷鐓原料之一。為保證8.8級緊固件的性能要求，通常需要對冷鐓成形后的緊固件毛坯進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。由于SWRCH35K的使用狀態(tài)是調(diào)質(zhì)態(tài)，鋼中合金元素含量較少，常出現(xiàn)淬火硬度偏低的問題，導(dǎo)致回火后的產(chǎn)品性能無法滿足要求。因此，有科研人員制備了不同含量（微量）鋁和氮元素的SWRCH35K鋼，然后采用小爐淬火試驗(yàn)及末端淬火試驗(yàn)方法，研究了鋁、氮元素對SWRCH35K鋼淬火組織和淬透性的影響，對穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。

試驗(yàn)用原料為工業(yè)生產(chǎn)的SWRCH35K鋼熱軋盤條，規(guī)格為Φ16mm，其生產(chǎn)工藝流程為：轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→連鑄→控制軋制→控制冷卻；分別在轉(zhuǎn)爐冶煉及LF精煉工序中加入鋁塊和鋁粒，精軋和吐絲溫度均為（850±15）℃，吐絲后利用斯太爾摩輥道保溫罩采用全關(guān)的延遲冷卻方式。采用直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。4^#試樣的生產(chǎn)過程中采用全程無鋁脫氧方式，因此其鋁含量非常低而氧含量偏高；其余試樣在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中加入鋁塊，5^#試樣中鋁塊加入量約為1^#～3^#試樣的一半，在LF爐精煉工序加入鋁粒對爐渣進(jìn)行脫氧。采用BX-4-10型箱式電阻爐，將100mm長鋼絲快速加熱至880℃，保溫50min后取出并立即放入室溫下的快速光亮淬火油中進(jìn)行淬火，同時強(qiáng)烈攪拌，5min后取出。

表1 不同鋁、氮含量SWRCH35K鋼熱軋盤條的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

在淬火試樣沿長度方向大于試樣直徑2倍處截取長度為10mm的試樣，進(jìn)行組織觀察和硬度測試。末端淬火試驗(yàn)所用3^#，4^#和5^#試樣從盤條軋制生產(chǎn)時的中間鋼錠中制取，根據(jù)GB/T225-2006進(jìn)行末端淬透試驗(yàn)，根據(jù)GB/T4340.1-2009進(jìn)行硬度測試。結(jié)果表明：

   （1）淬火后SWRCH35K鋼的顯微組織均為馬氏體+屈氏體；當(dāng)鋼中鋁元素基本相同時，隨氮含量的增加，顯微組織中的馬氏體含量減少，淬火硬度降低，淬透性降低。

（2）氮含量基本相同時，鋁含量的增加導(dǎo)致SWRCH35K鋼淬火后顯微組織中馬氏體含量的減少，淬透性降低。

   （3）鋁元素和氮元素生成的AlN或碳氮化物促進(jìn)了晶粒細(xì)化，并作為非金屬夾雜物組織了馬氏體的轉(zhuǎn)變。

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