前言

35MnB鋼由于具有良好的淬透性及熱處理工藝性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械履帶底盤件中，如支重輪輪體、履帶鏈軌節(jié)、齒塊等耐磨件。

一、 35MnB鋼中主要元素的作用

因其產(chǎn)品惡劣的工作條件，要求必須以調(diào)質(zhì)態(tài)使用。淬透性和淬硬性作為調(diào)質(zhì)處理鋼種的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通常通過(guò)對(duì)鋼中的C、Si、Mn、B、Cr等元素(淬透性的主要影響因數(shù)嚴(yán)格控制來(lái)加以保證。

1.1 C含量的作用

鋼中碳含量決定鋼淬火后可達(dá)到的硬度，碳含量越高，淬火硬度越高，但易淬裂，塑性和沖擊韌性降低。對(duì)于履帶底盤這類重要的零件，為了減少碳含量波動(dòng)對(duì)表面硬度和淬火層深的影響，需提出精選碳含量的要求，通常將碳含量的上下限控制在0.05%的范圍內(nèi)。

1.2 Si含量的作用

鋼中的硅除了提高強(qiáng)度和淬透性以外，在煉鋼時(shí)還能去除鋼中的氣體，起鎮(zhèn)靜作用。但隨著Si含量增加，鋼的塑性、韌性降低，易形成帶狀組織。

1.3 Mn含量的作用

35MnB鋼主要合金元素Mn，能有效提高鋼的淬透性，并且降低臨界冷卻速度，Mn在加熱時(shí)在鐵素體中形成固溶體，能提高鋼的強(qiáng)度。Mn鋼常用在淬硬層深度大于4mm的情況下，由于它降低了臨界冷卻速度，因此在冷卻規(guī)范不太穩(wěn)定的情況下，能得到更均勻的淬火硬度。

由下圖可知,當(dāng)鋼中含Mn量1.10%時(shí)，鋼的強(qiáng)度提高很多，塑性降低很少，韌性還有些提高，如圖1和2所示：超過(guò)上述的量,若繼續(xù)增加Mn含量，使淬透性提高、強(qiáng)度提高的同時(shí)，會(huì)使韌性急劇下降。

圖1 合金元素對(duì)固溶強(qiáng)化的作用

圖2 合金元素對(duì)鐵素體沖擊功影響

1.4 B含量的作用

在調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼中，加入合金元素B可以提高淬透性，其作用機(jī)理是微量B固溶于高溫奧氏體中，冷卻過(guò)程中在奧氏體晶界偏聚，抑制晶界鐵素體形核，從而提高鋼的淬透性，尤其是使低冷速條件下的淬透性大大提高。但是，鋼中的B屬于活潑元素，易與N結(jié)合形成穩(wěn)定的BN，這些BN在淬火溫度下不溶解，奧氏體中固溶的有效B含量減少，降低了B對(duì)淬透性的提高作用。因此需要添加氮化物形成元素，固定N元素，保持B在奧氏體中的固溶量，從而提高淬透性。且有資料指出，當(dāng)B含量超過(guò)30ppm時(shí)，材料塑性韌性會(huì)急劇下降。

合金元素V、Ti、Al、B是鋼中的強(qiáng)氮化物形成元素，它們與N的結(jié)合能力由強(qiáng)到弱為TiN、BN、AlN、VN。在含B鋼中添加元素,鋼中的N將優(yōu)先析出TiN或Ti(C,N)，析出開始溫度一般高達(dá)1400℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出BN的析出開始溫度。隨著溫度的降低，TiN中的固N(yùn)比例會(huì)隨之升高，從而極大地固定了鋼中的N，阻止BN的形成，使奧氏體中有效的B固溶含量增加，達(dá)到提高淬透性的目的。

因此，需合理地控制鋼中的TiN比使有效B含量增加，資料顯示，TiN比的理想值為3.42，當(dāng)比值小于3.42時(shí)，剩余N較多，BN析出增加，有效B含量將會(huì)大幅減少，鋼材淬透性降低，脆性增加。考慮到TiN的危害性，鋼中殘余N含量須嚴(yán)格控制。

1.5 Cr含量的作用

Cr是強(qiáng)烈增加鋼淬透性的元素，由于中碳鉻鋼的Cr元素可增長(zhǎng)相變?cè)杏冢沟葴剞D(zhuǎn)變曲線向右移動(dòng)；同時(shí)隨著Cr含量的增加,珠光體轉(zhuǎn)變向高溫移動(dòng)，貝氏體轉(zhuǎn)變向低溫移動(dòng)。因此，鋼中加入適量的鉻，在淬火過(guò)程中，即使冷速較慢，在到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度前，過(guò)冷奧氏體也不會(huì)產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變，從而明顯提高鋼的淬透性文獻(xiàn)。但Cr同時(shí)也顯著促進(jìn)鎳、錳鋼的回火脆性，因此，35MnB鋼中嚴(yán)格控制Cr含量。

《微量Cr元素對(duì)35MnB履帶鏈軌節(jié)鋼淬透性的影響》指出，即使殘余范圍內(nèi)Cr含量(Cr≤0.20%)的變化，對(duì)淬透性也具有較大的影響，特別是在Cr元素含量大于0.10%時(shí)，可以較大幅度的提高鋼的淬硬性尤其是距離水冷端較遠(yuǎn)點(diǎn)的硬度值，如下圖所示，在距水冷端1.5~20.0m的范圍內(nèi)，淬火硬度平均能提高2~3HRC；在距離水冷端大于20.0m時(shí)，硬度提高較多，約為6HRC。含Cr0.18%的35MnB鋼比含Cr0.02%的鋼，其可淬透圓棒直徑約大20mm。

圖3 Cr含量對(duì)淬透性的影響

且Cr由于能形成碳化物，因而需要提高加熱溫度和延長(zhǎng)加熱時(shí)間，對(duì)感應(yīng)淬火有不利的一面。

二、 35MnB鋼中TiN的危害

鋼在煉鋼過(guò)程中，因TiN熔點(diǎn)高鋼水在澆鑄凝固前即可液相析出TiN，即液析TiN，液析TiN顆粒一般2-10μm，形狀多為方形、菱形、三角形（區(qū)別于BN，如圖6），硬度極高(大于1000V)，如圖4和5所示，任何加工都不能使之變形，也不能通過(guò)高溫固溶，沖擊功離散大。

圖4 TiN光鏡下觀察

圖5 TiN電鏡下觀察

圖6 BN電鏡下觀察

圖7為1400℃、1450℃、1500℃時(shí)在液態(tài)鐵中的溶度積曲線；由圖可知，當(dāng)凝固開始鋼水溫度為1500℃時(shí)，鋼中含N量80ppm、Ti含量超過(guò)0.043%時(shí)將有液析TiN析出，鋼中含N量40ppm、Ti含量超過(guò)0.086%時(shí)才會(huì)有液析析出。當(dāng)枝晶間鋼液最后凝固溫度為1400℃時(shí)，鋼中含N量80ppm、Ti含量超過(guò)0.012%時(shí)將有液析TiN析出，鋼中N含量40ppm、Ti含量超過(guò)0.024%時(shí)才會(huì)有液析TiN析出。

圖7 TiN溶度積曲線

因此，要完全避免液析TiN出現(xiàn)，必須合理調(diào)整鋼中的Ti、N含量以抑制鋼液開始凝固時(shí)液析TiN的析出，同時(shí)適當(dāng)?shù)卦龃筮B鑄時(shí)冷卻速度以抑制最后凝固的鋼液中析出（加快冷速使之在動(dòng)力學(xué)上沒(méi)有足夠的時(shí)間開始析出）。

根據(jù)TiN在液態(tài)鐵中的溶度積計(jì)算，冶煉澆注時(shí)的最終凝固溫度大約為包晶轉(zhuǎn)變溫度1495℃，這時(shí)TiN的平衡溶度積為0.00302，若N含量控制在80ppm，可得到在最終凝固溫度下液態(tài)鐵中可溶解的最大量為0.0413%，為了不產(chǎn)生液析TiN，化學(xué)成分設(shè)計(jì)Ti含量≤0.0413%。若氮含量控制在60ppm，可得到在最終凝固溫度下液態(tài)鐵中可溶解的最大T量為0.05%，為了不產(chǎn)生液析TiN，鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)Ti含量≤0.05%：為了增加35MnB鋼中的有效B含量，應(yīng)將鋼中N含量降至60ppm以下。

液析TiN超過(guò)6μm會(huì)大幅降低材料的疲勞壽命、大幅降低沖擊韌性，大于6μm的液相析出TiN應(yīng)判為Al2O3脆性?shī)A雜，TiN與A12O3、MgO·Al2O3、CaO·Al2O3等這樣的硬脆的夾雜物在形變溫度下不具備塑性，變形時(shí)極易與機(jī)體組織脫離，因而破壞了機(jī)體的連續(xù)性，嚴(yán)重時(shí)在不變形的夾雜物的邊緣出現(xiàn)裂紋或空洞！在服役過(guò)程中，在交變應(yīng)力作用下易產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為金屬疲勞的發(fā)源地。

3、小結(jié)

良好的材料成分控制是保證材料性能的第一步，35MnB材料成分（熔煉成分w%）推薦：