非调质钢是在钢中加入了 V、Nb、Ti等微合金元素，这些元素在材料中起沉淀强化作用，冶炼过程中需要添加一定量的硫元素，以提高材料的切削加工性能，这类钢在热轧态、锻造状态、正火状态下的力学性能接近碳素结构钢、合金结构钢在调质状态下的力学性能，因此可以省去一道热处理工序，以起到节能降耗的作用，并显著提高生产效率。
20世纪60年代发展起来的微合金化技术为非调质钢的开发奠定了理论基础，20世纪70年代初发生的能源危机直接促进了非调质钢的出现和发展，1972年德国公司研发了第一个非调质锻钢49MnVS3，并用于汽车发动机曲轴的制造，降低了生产成本，该钢种在德国、瑞典等国家快速发展，并用于曲轴、连杆等汽车核心零部件的制作。目前，国内不少特钢企业都具备汽车用非调质钢49MnVS3、38MnVS6、C70S6、46MnVS5等钢种的生产技术能力。
非调质钢按照用途可以分为热锻用非调质钢(用于制作汽车曲轴、连杆等零件)、直接切削加工用非调质钢、冷作强化非调质钢(用于制作螺栓、螺母等紧固件)。
来自中天钢铁集团有限公司的杜佳美对比分析了德国连杆用非调质钢C70S6与国内同规格、同牌号的材料，寻找两者间的差距，以提升国内非调质钢材料的质量。
1、 低倍检验
采用相同工艺将国内外C70S6钢试样同时腐蚀后，两者的低倍形貌如图1所示，两者心部均存在一定的偏析及疏松。在心部之外的其他区域，国内C70S6钢可见枝晶状组织，致密度稍差，国外C70S6钢的低倍组织致密度明显好于国内C70S6钢。该钢种易偏析元素C、S的质量分数较高，C元素的质量分数约为0.70%，S元素的质量分数为0.060%，后续需进一步优化连铸工艺参数来改善国内材料的低倍质量。
2、 金相检验
国内外C70S6钢的显微组织形貌如图2所示，国内材料与国外材料的显微组织均为铁素体+珠光体的混合组织，但是国外材料的晶粒稍微粗于国内材料，对于胀断连杆来说，略微粗大的晶粒有利于连杆胀断性能的改善，避免胀断过程出现胀断线不平齐、胀断掉渣等缺陷。
带状组织是钢铁材料的一种内部缺陷，是一种有害组织，从形貌上看，其沿着轧制方向平行排列，呈现条带状。由于材料中存在枝晶偏析和非金属夹杂物，因此在轧制延伸过程中，该组织呈现条带状，铁素体优先在这些条带中形核析出，从而导致铁素体条带的产生，而珠光体条带产生于铁素体条带间，二者相间分层。带状组织造成了材料的各向异性，降低了材料的力学性能，尤其是横向力学性能、切削加工性能与塑性成形性能。
国内外C70S6钢的带状组织形貌如图3所示，在光学显微镜下观察，二者都存在带状组织，但是国内材料的带状评级为1.5级，较国外材料的1.0级严重。
3、国内外C70S6钢的非金属夹杂物对比
国内外C70S6钢的夹杂物评级如表1所示，由表1可知：国内外材料没有显著差异。
3.1 硫化物对比
对于易切削非调质钢，硫化物形貌的控制非常关键。经研究发现，短小纺锤体状的硫化物有利于材料切削性能的提高，而细长状硫化物材料在切削时不易断丝，因此会对机械加工产生不利影响，且细长的硫化物会降低材料的力学性能。
3.1.1 硫化物微观形貌及长宽比分布
在光学显微镜下观察材料纵截面上的硫化物，硫化物的颜色与钢基体相近，国内外C70S6钢硫化物的微观形貌如图4中的白色线条所示。
对国内外材料进行扫描电镜(SEM)及能谱分析，根据结果统计硫化物长宽比及分布特征，长宽比即描述形态的物理量。在每个试样的边缘、1/2半径及心部位置进行扫描，夹杂物的扫描总面积及总数量如表2所示。由表2可以看出：在相近的面积范围内，国内材料的非金属夹杂物数量明显较国外材料多。
扫描结果表明：绝大部分夹杂物为硫化物，成分为纯MnS或MnS、CaS的混合夹杂物，各位置硫化物长宽比分布如图5~7所示，由图5~7可知：国外材料中的硫化物更为短小，与金相检验结果一致。
3.1.2 复合硫化物微观形貌及复合比例
除单独存在的硫化物外，少部分硫化物为复合形态，具有氧化物核心，典型形态如图8，9所示。由图8，9可知：国内材料中的硫化物核心形态不规则，成分主要以富Al元素的氧化物为主，且含有一定量的Ca元素及Mg元素；国外材料中硫化物的核心形态更为细小，成分主要为氧化铝或镁铝尖晶石，未发现明显的Ca元素。
统计硫化物的复合比例，结果如图10所示，国外材料中硫化物复合比例高于国内材料，但两者复合比例均小于10%。
3.2 氧化物对比
3.2.1 氧化物数量及尺寸
除硫化物外，其他夹杂物少量为氧化物。单独氧化物和复合氧化物占比如表3所示，单独氧化物具有尺寸大的特征,其典型形态及尺寸分布如图11，12所示。由图11，12可知：国内 C70S6钢中大尺寸的氧化物较多。国内材料中存在大颗粒球状氧化物(见图13)，材料中大颗粒夹杂物的存在对零件的疲劳寿命将产生致命的影响，因此国内材料的纯净度需要进一步改善，尤其是要减少单独大颗粒夹杂物的数量。
3.2.2 氧化物成分分析
进一步分析氧化物的成分，国内 C70S6钢中单独氧化物以氧化铝或富 Al的钙铝酸盐为主，成分中含有少量的Si元素，而国外材料中Si元素含量很低，且以氧化铝或镁铝尖晶石为主。
4、结语
(1)国外C70S6钢的横截面低倍组织致密度高，而国内C70S6钢的横截面清晰可见枝晶组织，需要进一步优化铸坯低倍质量。
(2)国内C70S6钢的晶粒细于国外 C70S6钢，过细的晶粒容易使连杆在胀断过程中发生塑性断裂，从而出现掉渣缺陷；国内C70S6钢的带状组织较国外严重，带状组织的存在将影响材料的综合力学性能。
(3)国外C70S6钢中的硫化物分布更为均匀，有利于材料切削性能的提升，而国内C70S6钢多呈现Ⅱ类硫化物聚集状态。
(4)国内C70S6钢中单独氧化物以氧化铝或富Al元素的钙铝酸盐为主，成分中含有少量的Si元素，而国外C70S6钢中的Si元素含量很低，且以氧化铝或镁铝尖晶石为主。此外，国内C70S6钢中发现大颗粒球状氧化物，纯净度需要进一步提升，具体可以采用加强冶炼过程中的钢水脱氧、连铸过程中保护浇注等方法来改善。
来源：理化检验物理分册
关键词：
非调质钢
