3.2.3、硼鋼
硼鋼的特點(diǎn)：
（1）具有良好的冷變形能力，可以省去冷變形前的退火處理；
（2）淬火脆性傾向低，可以用水淬；
（3）微量硼的加人可部分替代昂貴的合金元素的添加；
（4）低碳鋼的延遲斷裂敏感性相對(duì)較低。
硼鋼成分設(shè)計(jì)的基本原則是降低含碳量，改善鋼的冷變形能力；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0005% ~0.003 5%的微量硼以彌補(bǔ)因降碳造成的強(qiáng)度和淬透性的損失。另外還可根據(jù)需要加入Cr，Mn，Ti等合金元素，進(jìn)一步提高淬透性。
通常8.8級(jí)螺栓用與SAE10B23相當(dāng)?shù)牡吞己i系硼鋼制造，9.8級(jí)和10.9級(jí)螺栓用與SAE10B35相當(dāng)?shù)闹刑己i系硼鋼制造，或者用與ML40Cr，ML35CrMo 相當(dāng)?shù)腗L35MnB，ML370B硼鋼制造。但由于硼鋼的抗回火軟化能力小，其回火溫度要比SCM435，ML40Cr低60 ~ 80，因此用硼鋼制造的10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓的延遲斷裂敏感性大。
國內(nèi)解決這一問題的途經(jīng)是通過提高硼鋼中V含量，同時(shí)降低P，S和C含量，從而改善硼鋼的綜合力學(xué)性能。國內(nèi)于1992年成功研制了ML15MnVB，ML20MnVB鋼，并列入GB/T 6478-2001《冷鐓和冷擠壓用鋼》，用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、缸蓋螺栓以及摩托車用高強(qiáng)度螺栓，品質(zhì)甚優(yōu)，在1000 ~1200MPa的抗拉強(qiáng)度范圍內(nèi)的耐延遲斷裂性能相當(dāng)于或優(yōu)于SCM435鋼。
日本大同特殊鋼新近開發(fā)出一種10.9級(jí)耐延遲斷裂的螺栓用砸鋼，其成分為：w（C）=0.25 %，w（Si）=0.03%，w（Mn）=1%，w（P）=0.01%，w（S）=0.002%，w（Cr）=0.3%，w（Ti）=0.05%， w（Nb）=0.025%，w（B）=0.002%，軋態(tài)組織為低硬度的鐵素體+珠光體，由于降低了雜質(zhì)元素P，S含量，并添加Ti，Nb細(xì)化晶粒，該鋼種在1000-1300 MPa強(qiáng)度范圍內(nèi)的耐延遲斷裂性能相當(dāng)或優(yōu)于SCM435鋼，已用于制造10.9級(jí)汽車螺栓。
國內(nèi)安陽鋼廠也已經(jīng)按美標(biāo)成功開發(fā)生產(chǎn)10B21系列硼鋼，其w（N）為 0.0022% -0.0054%，平均值0.0038% ；w（0）為 0.0016% -0.0036%，平均值0.0028%。熱軋態(tài)組織為鐵素體+珠光體，總脫碳層深度小于0.15 mm，盤條晶粒度級(jí)別均在8級(jí)以上，1/2冷頂鍛合格率100 %。但此鋼種在連鑄拉坯期間有時(shí)出現(xiàn)密集的角部小橫裂，對(duì)應(yīng)盤條表面則產(chǎn)生大量結(jié)疤，成品率不高，因此10B21系列硼鋼在安陽鋼廠大規(guī)模生產(chǎn)還有待時(shí)日。
3.2.4、耐延遲斷裂的高強(qiáng)度鋼
延遲斷裂是指材料在靜止應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定時(shí)間后突然脆性破壞，是材料-環(huán)境-應(yīng)力相互作用而發(fā)生的一種環(huán)境脆化，是氫致材質(zhì)惡化的一種形態(tài)。當(dāng)強(qiáng)度超過1200MPa時(shí)，高強(qiáng)度螺栓鋼延遲斷裂變得十分突出，由此造成的事故屢屢發(fā)生。因此，耐延遲斷裂高強(qiáng)度螺栓鋼的開發(fā)是近年來國內(nèi)外研究的工作熱點(diǎn)之一。
髙強(qiáng)度螺栓大多采用回火馬氏體制造，此類鋼對(duì)延遲斷裂的敏感性較大。應(yīng)從組織因素對(duì)高強(qiáng)度螺栓耐延遲斷裂性能的影響考慮，可采用適當(dāng)?shù)牡葴靥幚砉に囈垣@得下貝氏體及適量的馬氏體、殘余奧氏體的復(fù)相組織，利用馬氏體組織的高強(qiáng)度和貝氏體、奧氏體組織良好的延遲斷裂抗力來實(shí)現(xiàn)髙強(qiáng)度下良好的耐延遲斷裂性能?；蛲ㄟ^適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚝@得無晶界或晶界碳化物較少的微細(xì)馬氏體組織，同樣可以具有良好的耐延遲斷裂性能。
國內(nèi)外在耐延遲斷裂鋼種開發(fā)時(shí)常采取以下措施：
（1）減少晶界偏析。盡可能降低雜質(zhì)元素P，S 含量，同時(shí)降低Mn含量，防止晶界脆化（P降低晶界結(jié)合強(qiáng)度，S在腐蝕環(huán)境下促進(jìn)氫的吸收，Mn易導(dǎo)致P，S共偏析）。
（2）細(xì)化晶粒。加人Ti，Nb，V，Al等元素，生成彌散析出的碳氮化物以細(xì)化奧氏體晶粒，提高強(qiáng)度，改善鋪性。
（3）提高回火溫度。加入抗回火軟化能力強(qiáng)的元素Mo，V等，提髙回火溫度以避開容易引起晶界脆化的回火溫度區(qū)域，并可使碳化物細(xì)小均勻。
（4）調(diào)整合金元素。如添加Ni、降Mn，以獲得較高的缺口韌性。
（5）盡可能減少鋼表面侵人的氫量，即添加抑制腐蝕坑生成的合金元素，如Mo。
（6）使侵入的氫無害化。加人適量的微合金元素Ti，Nb，V，形成細(xì)小的碳氮化物，從而使氫均勻分布并抑制氫的擴(kuò)散。
近年來國內(nèi)外已先后成功開發(fā)出了一系列耐延遲斷裂性能優(yōu)良的高強(qiáng)度螺栓鋼，如日本住友金屬的ADS系列、神戶制鐵的KNDS系列，都是通過添加微合金化元素并調(diào)節(jié)其含量和配比，以得到髙強(qiáng)度和優(yōu)良的耐延遲斷裂性能，其使用效果均明顯好于SCM440鋼。
中國大連鋼廠在鋼鐵研究總院的指導(dǎo)下，在42CrMo鋼的基礎(chǔ)上，通過降低S，P，Si， Mn含量，成功開發(fā)出1 300 MPa級(jí)的髙強(qiáng)度螺栓鋼 42CrMoVNb（ADF1），其綜合力學(xué)性能有較大幅度提高，制作的13.9 ~ 14.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓已在依維柯汽車和康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。
4、結(jié)語
中國汽車行業(yè)的快速發(fā)展給國內(nèi)汽車緊固件用鋼帶來了巨大的市場(chǎng)機(jī)遇，而汽車緊固件用鋼的高強(qiáng)度化已經(jīng)成為市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，有條件的中國鋼鐵企業(yè)應(yīng)加快汽車緊固件用鋼的研發(fā)和生產(chǎn)，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和已經(jīng)取得的成果，提高汽車緊固件用鋼的國產(chǎn)化率。
