雷廷权院士已故，他曾明确表示，中碳结构钢在正常淬火后进行 500 至 700℃的高温回火，这种回火方式又可称作调质处理（代号 515），此时获得的组织是回火索氏体，该组织具有良好的综合力学性能。所以，调质处理适用于承受较大动载荷，尤其是在拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、疲劳等复合应力下工作的工件。它们通常要求强度及韧性的良好匹配，即高的强韧性。
随着资源节约型社会的建设以及高强度轻量化产品发展的需求，对传统的调质处理和调质钢进行细化分类，这是持续提升调质处理质量的重要保障。并且，运用低碳马氏体钢来替代调质钢，是结构钢热处理发展的一个重要方式。
一、调质的分类
调质处理的目的在于让工件获取优良的综合力学性能，并非仅仅是硬度。因此，调质处理需要依据综合力学性能进行分类，可分为高韧性调质、强韧性调质和高强度调质这 3 类。
（1）高韧性调质
高韧性调质是一种工艺，工件先经淬火，然后进行 650～700℃的超高温回火，这种回火也被称作韧化处理。它能让工件既获得一定较高的强度和塑性，又能获得相当高的韧性。表 1 列出了调质后的力学性能。高韧性调质很适合用于冷镦、冷挤压用钢的调质球化处理，也适合用于紧固件、成形件、弯折件的调质处理，还适合用于高韧性轴、杆件的调质处理。
表1 钢高韧性调质处理后的力学性能
抗拉强度
Rm／MPa
屈服强度
Rel／MPa
断后伸长率
A（％）
断面收缩率
Z（％）
冲击吸收功
Akv（0℃）/J
硬度
HBW
500～650
350～500
22～32
60~75
80～250
160～230
（2）强韧性调质
强韧性调质属于传统的调质处理方式。工件经过淬火后，通常会在 550～650℃的高温下进行回火。这样做的目的是提升钢的韧性，让强度和韧性能够相互匹配，从而获得较高的综合力学性能。强韧性调质的适用范围较为广泛，大约 80％以上的中碳结构钢工件都采用这种调质方式。钢调质后的力学性能在表 2 中有详细列出。
表2 强韧性调质处理后的力学性能范围
抗拉强度
Rm/MPa
屈服强度
ReH/MPa
断后伸长率
A（%）
断面收缩率
Z（%）
冲击吸收功
Akv（0℃）/J
硬度
HBW
650～900
500～700
15～25
45～65
50～150
240～300
（3）高强度调质
高强度调质又称为硬性调质。工件淬火后会进行 500 至 600℃的高温回火。这样做能让工件在获得较高塑性和韧性的同时，显著提升硬度和强度。此工艺很适合用于减重、轻量化工件，像高强度紧固件、高强度钢拉杆、锚杆以及各种轴类件等对高疲劳性能和高寿命有要求的工件。钢调质后的力学性能列在表 3 中。
表3 高强度调质处理后的力学性能范围
二、调质钢的分类
文献着重表明，对调质处理质量产生最重要影响的因素为钢的淬透性。钢的淬透性存在差异，淬火后所得到的淬透层深度会不一样，显微组织也会有所不同，进而沿截面分布的力学性能也会有所差异。如果工件的力学性能要求较高，特别是当工件的截面尺寸较大时钢材的屈服比，淬透性所产生的影响就会越大。因此，按照钢的淬透性的高低情况，调质钢被分为以下 4 类：淬透性最低的调质钢；淬透性较低的调质钢；淬透性较高的调质钢；淬透性最高的调质钢。
（1）淬透性最低的调质钢
调质钢中淬透性最低的是经 20℃水淬，临界直径在 15 至 23mm 之间的中碳非合金钢（中碳碳素钢）。像 35 钢、40 钢、45 钢、50 钢就属于这类。其中 45 钢（有其特定代号）在我国是应用最为普遍且使用量最大的调质钢。因为淬透性最低，所以 45 钢进行调质处理时，只适合截面尺寸小于 25mm 的小工件。
多年来，许多企业在对 45 钢进行调质处理时，忽视了淬透性这一最重要的质量特性。对于截面尺寸在 60～100mm 的工件如此，对于直径在 300～500mm 的大型轴类件的预先热处理也采用调质处理。因为存在截面尺寸效应，工件尺寸越大钢材的屈服比，淬火后的硬度就越低，淬硬层越浅，工件的综合力学性能也就越低。因为有粗车余量（通常是 3 至 5 毫米），所以 45 钢工件调质处理后的精车会把工件的大部分甚至全部淬硬层给加工掉。当工件直径大于 60 毫米时，调质后的性能和正火后的性能比较相近。当尺寸大于 100 毫米时，表面甚至无法获得马氏体组织。因此，45 钢大截面尺寸工件应该在正火或表面淬火状态下被使用。
（2）淬透性较低的调质钢
调质钢的淬透性较低，指的是用 20℃水淬时，其临界直径为 30～54mm，用油淬时，临界直径为 19～40mm 的中碳低合金钢（质量分数一般不大于 2.5％）。这类钢主要有 35Cr、40Cr、45Cr、35Mn2、40Mn2、45Mn2 等。其中 40Cr 钢（代号）是我国使用量最大的合金调质钢。常用于调质件，这类调质件的截面尺寸属于中等，对力学性能的要求比非合金钢（碳钢）要高。
（3）淬透性较高的调质钢
调质钢的淬透性较高，指的是用 20℃水淬时，其临界直径为 42～85mm，用油淬时，临界直径为 30～6mm 的中碳低合金钢。这类钢主要有多种，比如（代号）钢、（代号）钢等。其中（代号）钢和（代号）钢是最常被采用的中碳低合金调质钢，它们的主要特点是强度高且韧性好，淬透性比 40Cr 钢要高，在高温情况下具有高的蠕变强度和持久强度，能够在 500℃的温度下长期工作。
（4）淬透性最高的调质钢
调质钢中淬透性最高的是指那些用 20℃水淬时，临界直径为 60～126mm，用油淬时临界直径为 46～114mm 的中碳低合金钢和中碳中合金钢。主要的钢种有（代号）钢、（代号）钢、（代号）钢等。这类钢常用于制造大截面且承受冲击载荷的高强度零件，像卧式锻造机的传动偏心轴，锻压机的曲轴，高强度的拉杆、锚杆等。
上述 4 类调质钢只是涵盖了普通机械用调质钢。因为钢的化学成分不一样，截面尺寸不一样，热处理工艺也不一样，所以各类调质钢之间没有严格的界限。
三、低碳马氏体钢代替调质钢
雷廷权院士着重指出，调质处理会在牺牲强度的情况下提升塑性及韧性，这对发挥材料的潜力极为不利。如今，低碳钢及低碳合金钢强烈淬火成低碳马氏体的应用越来越广泛，它成为了发挥钢材强韧性潜力、延长机器零件寿命的一个重要方式。所以，在工业生产中，低碳钢强烈淬火能够替代一部分中碳钢的调质处理。
（1）20Cr钢低碳马氏体强烈淬火代替40Cr钢调质处理
20Cr 钢在 350℃回火后，其强度比调质 40Cr 钢高，硬度比调质 40Cr 钢高，塑性比调质 40Cr 钢高，冲击韧度比调质 40Cr 钢高。用 20Cr 钢能够取代 40Cr 钢来制造钻杆锁接头，这样可以减少滑扣失效的情况，甚至能够避免滑扣失效。因为 20Cr 钢具有高的塑性，具有高的断裂韧度，具有高的多冲抗力，并且冷脆转化温度较低。
表4 20Cr钢和40Cr钢热处理后的力学性能对比
（2）20钢低碳马氏体强烈淬火代替45钢调质处理
用 20 钢钢管来替代 45 钢调质去制造链板运输机的方套。20 钢钢管进行 900℃加热并持续 7 分钟后淬入 10%NaCl 水溶液。接着在 160℃下回火 30 分钟。其硬度为 42～46HRC。强度比调质 45 钢提升了 40％。这样简化了工序。在装配时不会发生破裂。畸变量很小。提高了产品质量。生产效率提升了 1 倍多。
升降臂连接销原用 45 钢调质处理，现改用 20 钢来制造。部分零件两头φ6mm 孔出现了裂纹。而采用 20 钢，在 1000℃下加热 4.5 至 5 分钟，然后淬入 5％至 15％（质量分数）的碱水，就不会产生裂纹。
（3）钢淬火强化代替钢调质
热处理后，钢和钢的力学性能列于表5。
表5 钢和钢热处理后的力学性能对比
四、结束语
调质处理的主要目的是让工件具备良好的综合力学性能。从力学性能方面来分类的话，调质可分为高韧性调质、强韧性调质以及高强度调质这 3 类。
淬透性对于调质处理质量有着极为重要的影响，它是影响调质处理质量的最重要的质量特性。根据淬透性的不同，调质钢可以被分为淬透性最低的、较低的、较高的以及最高的这 4 类。
低碳马氏体钢替代调质钢，这是结构钢热处理发展过程中的一个重要途径。
参考文献：略。
投稿须知
《金属加工（热加工）》杂志的热处理栏目投稿范围包括：前沿的金属材料研究；先进且实用的热处理工艺和技术；热处理装备的开发；淬火冷却技术；材料的检测与分析；热温的测量与控制；零件的失效分析等。
投稿请联系：朱光明，
购买热处理设备、投递广告请咨询：孙超
手机：
