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D0I:10.13374/i.issm1001t63x.2010.02.021 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijing Feb 2010 高强高韧低合金锰钢的研制 赵艳君2)许立伟阁良萍)孟庆雪”任学平) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)广西大学材料科学与工程学院，南宁530004 3)太原钢铁（集团）有限公司，太原030003 摘要采用多元合金化思路设计了一种新型低合金高强度高韧性锰钢.研究了该钢的静态CCT曲线、显微组织、断口形貌 以及热处理工艺对钢的力学性能的影响.结果表明：该钢中过冷奥氏体的稳定性高，具有高淬透性及高回火稳定性，经890~ 930℃淬火及200~230℃回火后获得回火板条马氏体组织，使该钢具有高的强韧性（抗拉强度R≥1500MPa冲击韧性A≥ 85)匹配：钢中适当提高锰含量，符合我国资源情况，具有较高的性价比· 关键词高强度低合金钢：锰钢：力学性能：热处理 分类号TG142.7 Preparation of a high-strength and h igh-toughness low alloy M n steel ZHAO Yan-in2,XU Liwe,YAN Liang ping,MENG Q ing xue),REN Xueping) 1)School ofMaterials Seience and Engneerng University of Seience and Technobgy Beijng Beijing 100083 Chna 2)College ofMaterials Science and Engneering GuangxiUniversity Nanning 530004.China 3)Taiyuan Imon and Steel(G moup)Co Ld,Taiyuan 030003 Chna A BSTRACT A new type of high"strength and high-toughness lowalloy Mn steel was designed by multi-element alloying The static CCT diagram.m icmostucture fracture morphology of the steel as well as the effect of heat treament on its mechan ical properties were stdied The results show that the stability of undercooled austenite in the steel is excellent which makes the steel have high handenability and tenpering stability After being quenched at890 to930C and empered at 200 to 230C,the steel obtains temnpered lath martensite which makes the steel the optium combination of tensile strength R.and ipact toughness A.(R1500MPa A 85 J).A good perfomanceprice ratio was detem ined by properly increasing the content ofMn which is abundant in China KEY WORDS high-strength bwalloy steel Mn steel mechanical properties heat treament 高强度低合金钢(high strength low alloy HSLA) 系，在实验选择的热处理工艺下，20SM3NA钢具 合金含量较低，约为%左右，可在成本增加很少的 有抗拉强度Rm≥1500MPa冲击韧性A≥85J的强 情况下获得较高的强度与韧性的合理匹配，因此具 韧性匹配，国内外高强度合金钢大多含有大量的合 有极佳的经济效益，其中，低碳马氏体合金钢淬火 金元素NiCk V和M。-山，该类合金元素在国内 后再低温回火，通常依赖马氏体相变和回火析出e一 价格较高，新的20sMn3NA钢适当增加了在我国 碳化物达到高强度1②)，该钢种在提高强度的同时， 资源丰富的MnSi含量，而仅含少量的Ni因而新 存在着韧性偏低的问题3)，20世纪70年代以来， 的20SMn3NiA钢具有较高的性价比.20SMn3NiA 钢能够在承受不连续、高速循环往复碰撞运动，服役 研究者研究了板条马氏体钢微观组织与强度之间的 联系[6-)，以期解决这一问题.笔者开发出一种新型 条件极为苛刻的零配件上应用，有极高的应用潜力， 硅锰镍系低合金钢（命名为20SMn3NA钢），在对 120SMn3NA钢的成分及实验方法 钢的成分进行多元优化设计的基础上，着重研究了 为保证新型的20SMn3NA钢具有较高的韧 该钢的显微组织、力学性能及其与热处理工艺的关 性，选用较低的碳含量，使钢的淬火组织主要是板条 收稿日期：2009-06-18 作者简介：赵艳君(197-)女，博士研究生：任学平(1957-)人男，教授，博士生导师，Email pxp33@mater ust山dum第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2010 高强高韧低合金锰钢的研制 赵艳君 12） 许立伟 3） 阎良萍 1） 孟庆雪 1） 任学平 1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京 100083 2） 广西大学材料科学与工程学院南宁 530004 3） 太原钢铁 （集团 ）有限公司太原 030003 摘 要 采用多元合金化思路设计了一种新型低合金高强度高韧性锰钢．研究了该钢的静态 ＣＣＴ曲线、显微组织、断口形貌 以及热处理工艺对钢的力学性能的影响．结果表明：该钢中过冷奥氏体的稳定性高具有高淬透性及高回火稳定性经 890～ 930℃淬火及 200～230℃回火后获得回火板条马氏体组织使该钢具有高的强韧性 （抗拉强度 Ｒｍ≥1500ＭＰａ冲击韧性Ａｋｖ≥ 85Ｊ）匹配；钢中适当提高锰含量符合我国资源情况具有较高的性价比． 关键词 高强度低合金钢；锰钢；力学性能；热处理 分类号 ＴＧ142∙7 Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆａｈｉｇｈ-ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈ-ｔｏｕｇｈｎｅｓｓｌｏｗ-ａｌｌｏｙＭｎｓｔｅｅｌ ＺＨＡＯＹａｎ-ｊｕｎ 12）ＸＵＬｉ-ｗｅｉ 3）ＹＡＮＬｉａｎｇ-ｐｉｎｇ 1）ＭＥＮＧＱｉｎｇ-ｘｕｅ 1）ＲＥＮＸｕｅ-ｐｉｎｇ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮａｎｎｉｎｇ530004Ｃｈｉｎａ 3） ＴａｉｙｕａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ） Ｃｏ．Ｌｔｄ．Ｔａｉｙｕａｎ030003Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｈｉｇｈ-ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈ-ｔｏｕｇｈｎｅｓｓｌｏｗ-ａｌｌｏｙＭｎｓｔｅｅｌｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｍｕｌｔｉ-ｅｌｅｍｅｎｔａｌｌｏｙｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｃ ＣＣＴｄｉａｇｒａｍｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｕｎｄｅｒ-ｃｏｏｌｅｄａｕｓｔｅｎｉｔｅｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｉｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｓｔｅｅｌｈａｖｅｈｉｇｈ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ａｆｔｅｒｂｅｉｎｇｑｕｅｎｃｈｅｄａｔ890ｔｏ930℃ ａｎｄｔｅｍｐｅｒｅｄａｔ200ｔｏ230℃ｔｈｅｓｔｅｅｌｏｂｔａｉｎｓｔｅｍｐｅｒｅｄ ｌａｔｈｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｓｔｅｅｌｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈＲｍ ａｎｄｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓＡｋｖ（Ｒｍ≥1500ＭＰａＡｋｖ≥ 85Ｊ）．Ａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ-ｐｒｉｃｅｒａｔｉｏｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｐｒｏｐｅｒｌｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＭｎｗｈｉｃｈｉｓａｂｕｎｄａｎｔｉｎＣｈｉｎａ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｈｉｇｈ-ｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗ-ａｌｌｏｙｓｔｅｅｌ；Ｍｎｓｔｅｅｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ 收稿日期：2009--06--18 作者简介：赵艳君 （1971— ）女博士研究生；任学平 （1957— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｒｘｐ33＠ｍａｔｅｒ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 高强度低合金钢 （ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗａｌｌｏｙＨＳＬＡ） 合金含量较低约为 5％左右可在成本增加很少的 情况下获得较高的强度与韧性的合理匹配因此具 有极佳的经济效益．其中低碳马氏体合金钢淬火 后再低温回火通常依赖马氏体相变和回火析出 ε-- 碳化物达到高强度 ［1--2］．该钢种在提高强度的同时 存在着韧性偏低的问题 ［3--5］20世纪 70年代以来 研究者研究了板条马氏体钢微观组织与强度之间的 联系 ［6--9］以期解决这一问题．笔者开发出一种新型 硅锰镍系低合金钢 （命名为 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢 ）在对 钢的成分进行多元优化设计的基础上着重研究了 该钢的显微组织、力学性能及其与热处理工艺的关 系在实验选择的热处理工艺下20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢具 有抗拉强度 Ｒｍ≥1500ＭＰａ、冲击韧性 Ａｋｖ≥85Ｊ的强 韧性匹配．国内外高强度合金钢大多含有大量的合 金元素 Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ和 Ｍｏ ［10--11］该类合金元素在国内 价格较高新的 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢适当增加了在我国 资源丰富的 Ｍｎ、Ｓｉ含量而仅含少量的 Ｎｉ因而新 的 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢具有较高的性价比．20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ 钢能够在承受不连续、高速循环往复碰撞运动服役 条件极为苛刻的零配件上应用有极高的应用潜力． 1 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢的成分及实验方法 为保证新型的 20ＳｉＭｎ3ＮｉＡ钢具有较高的韧 性选用较低的碳含量使钢的淬火组织主要是板条 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．02．021