將淬回火調(diào)質(zhì)鋼改成空冷非調(diào)質(zhì)鋼的主要驅(qū)動(dòng)力是降低成本。通過下列全部或部分工藝路線可降低總的制造成本：省去熱處理；不需再進(jìn)行校正；縮短訂貨至交貨時(shí)間；減少再加工。

　　在性能上非調(diào)質(zhì)鋼零件比較普通熱處理調(diào)質(zhì)鋼的優(yōu)勢為：減少變形；減少機(jī)械性能的偏差；整個(gè)斷面上性能均勻一致；改善切削加工性能。20世紀(jì)70年代初期，德國發(fā)展了鍛態(tài)微合金化中碳鋼49MnVS3，主要用作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，80年代非調(diào)質(zhì)鋼得到迅速發(fā)展。曲軸用傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)鋼CK45（相當(dāng)于SAE1045，C0142%0145%，Mn015%018%，即45鋼）需要進(jìn)行淬火處理，且能耗高，在淬火時(shí)有淬裂的危險(xiǎn)，變形程度大；但是在采用非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3時(shí)（C0147%，Mn0175%，V0110%，S0105%），則不需要熱處理設(shè)備及有關(guān)熱處理工藝所需之費(fèi)用，同時(shí)排除了工件產(chǎn)生裂紋和變形的危險(xiǎn)。

　　日本汽車工業(yè)也在20世紀(jì)70年代末期接受了該鋼類并加以發(fā)展。到80年代中期，日本鍛造連桿的75%、鍛造曲軸的55%是由微合金非調(diào)質(zhì)鋼制造；當(dāng)時(shí)歐洲鍛造連桿、曲軸和前軸梁有30%35%是由非調(diào)質(zhì)鋼制造，隨即非調(diào)質(zhì)零碳材鋼的應(yīng)用范圍又?jǐn)U大到美國。

　　英國工程用鋼公司和瑞典實(shí)驗(yàn)室在70年代聯(lián)合開發(fā)的Vanard系列非調(diào)質(zhì)鋼覆蓋的強(qiáng)度范圍為7001000MPa，主要用來制作曲軸、連桿、輪軸和輪轂。1為Vanard非調(diào)質(zhì)鋼、調(diào)質(zhì)合金鋼和SG球墨鑄鐵機(jī)械性能對比。非調(diào)質(zhì)鋼的經(jīng)濟(jì)性已在應(yīng)用中得到體現(xiàn)，Rover集團(tuán)聲稱，在A系列1131發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸使用微合金非調(diào)質(zhì)鋼，按1982年價(jià)格每年已經(jīng)節(jié)省50萬英磅。日本日產(chǎn)汽車公司有90%的曲軸都已采用非調(diào)質(zhì)鋼制造，只是采用非調(diào)質(zhì)鋼制造汽車前輪輪轂后，就使該項(xiàng)生產(chǎn)成本降低45%.空冷鐵素體2珠光體非調(diào)質(zhì)鋼通過適當(dāng)?shù)剡x擇鋼中的碳、錳、硅和釩等元素的含量，空冷鐵素體2珠光體非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度可達(dá)7501150MPa，主要用來制造曲軸、連桿、輪軸和輪轂。雖然鐵素體2珠光體非調(diào)質(zhì)鋼的沖擊韌性低于相等強(qiáng)度的調(diào)質(zhì)鋼，但仍可滿足多種鍛制品的使用要求，且其沖擊韌性高于鑄鐵。為提高韌性，一種辦法是加微量鈦形成氮化鈦以細(xì)化晶粒；另一種辦法是即使奧氏體組織較粗，可在原奧氏體晶粒內(nèi)形成大量晶粒內(nèi)鐵素體核心，生成細(xì)的鐵素體2珠光體組織。用VC和VN作為形成晶內(nèi)鐵素體的核心，這種晶內(nèi)鐵素體型鋼比加鈦微合金化鋼的鐵素體2珠光體組織更細(xì)。

　　強(qiáng)度和韌性德國的DIN49MnVS在空冷狀態(tài)下的強(qiáng)度極限超過850MPa，它是通過高體積百分比的相對/稀釋珠光體（低的平均碳含量）和在多角鐵素體和珠光體型鐵素體（共析鐵素體）中的V（C，N）沉淀進(jìn)行強(qiáng)化，替代Mn和Mn2Cr型調(diào)質(zhì)鋼?？梢酝ㄟ^增加鋼材鍛后的冷卻速度來提高零件的強(qiáng)度，因?yàn)槔渌俚奶岣撸ㄓ勺匀焕鋮s改為風(fēng)冷）可以得到大量的細(xì)珠光體和更小的V（C，N）沉淀。應(yīng)提出的是加011%V可有效地在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）圖上將珠光體向貝氏體轉(zhuǎn)變移向較快的冷卻速度，因而減少了在以后正常的工藝下產(chǎn)生后一種轉(zhuǎn)變。

　　一般空冷非調(diào)質(zhì)鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加少量元素Nb、V、Ti或Mo（<0125%），與含較高合金元素的調(diào)質(zhì)鋼相比，微合金化非調(diào)質(zhì)鋼使成分與熱加工工藝相結(jié)合以獲得高的性能。在這種情況下，非調(diào)質(zhì)鋼的組織可能含75%的珠光體和25%的鐵素體。

　　實(shí)踐表明，降低碳含量，增加Mn或Cr含量有利于提高非調(diào)質(zhì)鋼的韌性。降低碳含量對鋼的強(qiáng)度損失較大，但顯著提高沖擊韌性，主要原因是減少鋼中的珠光體數(shù)量。適當(dāng)?shù)靥岣咪撝械腗n含量，當(dāng)Mn含量由0185%增加至1115%1130%時(shí)，則在同一強(qiáng)度下非調(diào)質(zhì)鋼的韌性提高30JPcm2，與調(diào)質(zhì)碳鋼相當(dāng)。

　　通常采用加微量鈦細(xì)化奧氏體晶粒，以便形成很細(xì)的先共析鐵素體晶粒和珠光體，來改善鋼的韌性。雖然降低軋制和鍛造溫度也有利于改善非調(diào)質(zhì)鋼的韌性，但會增加鍛造和軋制的能耗，降低鍛軋?jiān)O(shè)備的生產(chǎn)能力。非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度和韌性一般都隨熱加工后的冷卻速度的增加而提高，且韌性的提高更為顯著。

　　但如果冷卻速度高于65ePmin，盡管可以獲得較細(xì)的晶粒，但韌性明顯降低。為了獲得細(xì)晶粒，鍛造后在700e以上溫度應(yīng)迅速冷卻，而后緩冷到600e以下，600700e區(qū)間相當(dāng)于相轉(zhuǎn)變溫度，冷卻速度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物鐵素體和珠光體的形態(tài)，及兩相的相對量都有重要影響。如將加熱后的非調(diào)質(zhì)鋼冷卻到800e左右再進(jìn)行適量的熱作變形，或?qū)⒔K加工溫度降至800e以下，可以顯著提高非調(diào)質(zhì)鋼的韌性。

　　高韌性非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展鐵素體2珠光體非調(diào)質(zhì)鋼通常為中碳鋼，加入釩等微量元素，通過增加珠光體量和碳化釩等沉淀強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度，如成分和熱加工工藝合理，完全可以達(dá)到淬火回火鋼9001000MPa的強(qiáng)度水平。但非調(diào)質(zhì)鋼為鐵素體2珠光體組織，其韌性一般都低于調(diào)質(zhì)鋼的回火索氏體組織，再加上共格析出物的沉淀強(qiáng)化，則進(jìn)一步降低了鋼的韌性，使非調(diào)質(zhì)鋼在承受沖擊負(fù)荷零部件上的應(yīng)用受到限制。為了克服非調(diào)質(zhì)鋼韌性不足，促進(jìn)了高韌性非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展。

　　調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌性主要受化學(xué)成分和熱處理工藝的影響，而非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌性除受化學(xué)成分影響外還受加熱溫度、熱加工和冷卻速度的影響。熱加工的應(yīng)變量影響碳化物的析出，進(jìn)而影響再結(jié)晶過程。應(yīng)變量大，析出物的孕育期和完成期就較短。微合金化非調(diào)質(zhì)鋼用工藝手段細(xì)化鐵素體晶粒尺寸，減少珠光體中Fe3C的片厚和片間距，既可提高鋼的強(qiáng)度又可提高鋼的韌性。所以對非調(diào)質(zhì)鋼來說，除合理選擇和精確控制鋼的成分外，嚴(yán)格鍛、軋工藝是鋼材獲得高強(qiáng)韌性能的必要條件。

　　化學(xué)成分對非調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌性的影響化學(xué)成分對非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度和韌性的影響可歸納如下：（1）提高強(qiáng)度，降低韌性的元素有C、N、V、Nb、P.（2）提高強(qiáng)度同時(shí)還能改善韌性的元素有Mn、Cr、Cu+Ni、Mo.20世紀(jì)80年代已開發(fā)了中碳錳鉻非調(diào)質(zhì)鋼：0145C21Mn2015Cr2011V，稱之為IVA1000.其抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼水平，沖擊韌性可通過熱加工和低溫正火得到改善。（3）固溶Al對強(qiáng)度和韌性幾乎沒有影響，但以AlN形式存在可以細(xì)化晶粒，改善鋼的韌性。（4）Ti在非調(diào)質(zhì)鋼中的作用是降低強(qiáng)度，改善韌性。在Mn含量為110%215%時(shí)，加入0101%0105%Ti，可以有效地改善鋼的韌性。

　　采用回歸分析的方法可得出各元素對V2形缺口沖擊值和硬度的影響。為了得到高質(zhì)量和性能穩(wěn)定的非調(diào)質(zhì)鋼，有的采用超純凈鋼冶煉技術(shù)，使化學(xué)成分控制在很窄的范圍內(nèi)，如曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼，要求成分波動(dòng)范圍為：C0103%，Mn0110%，V0103%，同時(shí)限定Cr、Mo含量。

　　晶粒細(xì)化對非調(diào)質(zhì)鋼韌性的影響除上面提到的加入適當(dāng)Ti、Al、N來細(xì)化鋼的奧氏體晶粒外，加工工藝也是影響奧氏體晶粒的重要因素。加工溫度高，再結(jié)晶速度快，奧氏體晶粒大，冷卻后鋼中珠光體量增加，強(qiáng)度增高，韌性下降。加工溫度低時(shí)，因產(chǎn)生形變誘發(fā)析出，再結(jié)晶核心增加，再結(jié)晶后的晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力小，晶粒細(xì)化，鋼的強(qiáng)度變化不大，但可以大幅度提高韌性。研究表明，隨著精軋溫度的降低，沖擊值提高。在同一溫度下加工量增加，強(qiáng)度和韌性可以同時(shí)提高。

　　熱加工后冷卻速度亦影響鋼的晶粒大小，如熱變形是在珠光體轉(zhuǎn)變的溫度以上變形，在變形后對于斷面尺寸較大鋼材或鍛件的冷速應(yīng)加快以防止晶粒長大。冷卻速度過慢也會使析出物的顆粒變粗，亦不利于韌性的提高。對小規(guī)格的鋼材或鍛件應(yīng)避免加工后過快的冷卻，否則會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并且有可能生成貝氏體組織，從而影響鋼的室溫韌性提高。

　　形成晶內(nèi)鐵素體改善非調(diào)質(zhì)鋼的韌性雖然采用加鈦形成彌散的TiN顆粒能有效地阻止奧氏體晶粒粗化，但與淬回火調(diào)質(zhì)鋼相比，含微量Ti的非調(diào)質(zhì)鋼的韌性仍顯不足。因?yàn)樵谶@種情況下，當(dāng)鋼加熱至1250e時(shí)難以保持鋼的奧氏體晶粒比7級還細(xì)。

　　非調(diào)質(zhì)鋼在熱加工后的冷卻過程中，首先鐵素體沿奧氏體晶界成核生長，其余奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體團(tuán)。這種由鐵素體網(wǎng)包圍的珠光體的組織結(jié)構(gòu)的韌性很差。

　　從另一方面來看，如果能在原奧氏體晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量的鐵素體晶核，則即使奧氏體晶粒粗大，也可以獲得細(xì)小的鐵素體2珠光體組織。VC和VN可作為晶內(nèi)鐵素體的核心，為了生成晶內(nèi)鐵素體必須同時(shí)加釩和氮。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼中硫含量增加，晶內(nèi)鐵素體量增加，這樣能明顯增加熱鍛材的韌性。

　　結(jié)束

　　（1）自20世紀(jì)70年代以來，因非調(diào)質(zhì)鋼具有節(jié)約能源、減少工件變形和開裂、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各主要工業(yè)化國家的普遍重視，尤其是改善非調(diào)質(zhì)鋼韌性新技術(shù)的采用，完善了非調(diào)質(zhì)鋼系列產(chǎn)品，擴(kuò)大了非調(diào)質(zhì)鋼的使用范圍，并大規(guī)模應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，尤其是汽車工業(yè)。（2）我國非調(diào)質(zhì)鋼在應(yīng)用上、標(biāo)準(zhǔn)水平和實(shí)物質(zhì)量穩(wěn)定性等方面均有所進(jìn)展，但應(yīng)開發(fā)高性能非調(diào)質(zhì)鋼。