微量元素鋁和氮對SWRCH35K鋼淬火組織和淬透性的影響

SWRCH35K鋼為中碳冷鐓鋼，是目前我國制造8.8級緊固件使用量最大且加工工藝最為成熟的冷鐓原料之一。為保證8.8級緊固件的性能要求，通常需要對冷鐓成形后的緊固件毛坯進行調質處理。由于SWRCH35K的使用狀態是調質態，鋼中合金元素含量較少，常出現淬火硬度偏低的問題，導致回火后的產品性能無法滿足要求。因此，有科研人員制備了不同含量（微量）鋁和氮元素的SWRCH35K鋼，然后采用小爐淬火試驗及末端淬火試驗方法，研究了鋁、氮元素對SWRCH35K鋼淬火組織和淬透性的影響，對穩定和提高產品質量具有重要的指導意義。

試驗用原料為工業生產的SWRCH35K鋼熱軋盤條，規格為Φ16mm，其生產工藝流程為：轉爐冶煉→LF精煉→連鑄→控制軋制→控制冷卻；分別在轉爐冶煉及LF精煉工序中加入鋁塊和鋁粒，精軋和吐絲溫度均為（850±15）℃，吐絲后利用斯太爾摩輥道保溫罩采用全關的延遲冷卻方式。采用直讀光譜儀進行化學成分分析，結果如表1所示。4^#試樣的生產過程中采用全程無鋁脫氧方式，因此其鋁含量非常低而氧含量偏高；其余試樣在轉爐冶煉過程中加入鋁塊，5^#試樣中鋁塊加入量約為1^#～3^#試樣的一半，在LF爐精煉工序加入鋁粒對爐渣進行脫氧。采用BX-4-10型箱式電阻爐，將100mm長鋼絲快速加熱至880℃，保溫50min后取出并立即放入室溫下的快速光亮淬火油中進行淬火，同時強烈攪拌，5min后取出。

表1 不同鋁、氮含量SWRCH35K鋼熱軋盤條的化學成分（質量分數，%）

在淬火試樣沿長度方向大于試樣直徑2倍處截取長度為10mm的試樣，進行組織觀察和硬度測試。末端淬火試驗所用3^#，4^#和5^#試樣從盤條軋制生產時的中間鋼錠中制取，根據GB/T225-2006進行末端淬透試驗，根據GB/T4340.1-2009進行硬度測試。結果表明：

   （1）淬火后SWRCH35K鋼的顯微組織均為馬氏體+屈氏體；當鋼中鋁元素基本相同時，隨氮含量的增加，顯微組織中的馬氏體含量減少，淬火硬度降低，淬透性降低。

（2）氮含量基本相同時，鋁含量的增加導致SWRCH35K鋼淬火后顯微組織中馬氏體含量的減少，淬透性降低。

   （3）鋁元素和氮元素生成的AlN或碳氮化物促進了晶粒細化，并作為非金屬夾雜物組織了馬氏體的轉變。

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