微量元素铝和氮对SWRCH35K钢淬火组织和淬透性的影响

SWRCH35K钢为中碳冷镦钢，是目前我国制造8.8级紧固件使用量最大且加工工艺最为成熟的冷镦原料之一。为保证8.8级紧固件的性能要求，通常需要对冷镦成形后的紧固件毛坯进行调质处理。由于SWRCH35K的使用状态是调质态，钢中合金元素含量较少，常出现淬火硬度偏低的问题，导致回火后的产品性能无法满足要求。因此，有科研人员制备了不同含量（微量）铝和氮元素的SWRCH35K钢，然后采用小炉淬火试验及末端淬火试验方法，研究了铝、氮元素对SWRCH35K钢淬火组织和淬透性的影响，对稳定和提高产品质量具有重要的指导意义。 试验用原料为工业生产的SWRCH35K钢热轧盘条，规格为Φ16mm，其生产工艺流程为：转炉冶炼→LF精炼→连铸→控制轧制→控制冷却；分别在转炉冶炼及LF精炼工序中加入铝块和铝粒，精轧和吐丝温度均为（850±15）℃，吐丝后利用斯太尔摩辊道保温罩采用全关的延迟冷却方式。采用直读光谱仪进行化学成分分析，结果如表1所示。4#试样的生产过程中采用全程无铝脱氧方式，因此其铝含量非常低而氧含量偏高；其余试样在转炉冶炼过程中加入铝块，5#试样中铝块加入量约为1#～3#试样的一半，在LF炉精炼工序加入铝粒对炉渣进行脱氧。采用BX-4-10型箱式电阻炉，将100mm长钢丝快速加热至880℃，保温50min后取出并立即放入室温下的快速光亮淬火油中进行淬火，同时强烈搅拌，5min后取出。 表1 不同铝、氮含量SWRCH35K钢热轧盘条的化学成分（质量分数，%） 编号 C Si Mn P S Al O N 1 0.35 0.22 0.69 0.017 0.006 0.0315 0.0016 0.0097 2 0.35 0.22 0.70 0.012 0.007 0.0324 0.0021 0.0045 3 0.34 0.20 0.68 0.018 0.007 0.0340 0.0014 0.0065 4 0.36 0.20 0.68 0.016 0.011 0.0045 0.0025 0.0059 5 0.35 0.21 0.68 0.024 0.003 0.0170 0.0018 0.0051   在淬火试样沿长度方向大于试样直径2倍处截取长度为10mm的试样，进行组织观察和硬度测试。末端淬火试验所用3#，4#和5#试样从盘条轧制生产时的中间钢锭中制取，根据GB/T225-2006进行末端淬透试验，根据GB/T4340.1-2009进行硬度测试。结果表明：     （1）淬火后SWRCH35K钢的显微组织均为马氏体+屈氏体；当钢中铝元素基本相同时，随氮含量的增加，显微组织中的马氏体含量减少，淬火硬度降低，淬透性降低。 （2）氮含量基本相同时，铝含量的增加导致SWRCH35K钢淬火后显微组织中马氏体含量的减少，淬透性降低。     （3）铝元素和氮元素生成的AlN或碳氮化物促进了晶粒细化，并作为非金属夹杂物组织了马氏体的转变。