1 概述：一种高强度合金结构钢

40CrMoV是一种典型的中碳调质合金结构钢，在中国标准中对应牌号35CrMoV 。该钢种以其优异的综合力学性能——即高强度、高韧性及良好的耐高温性能——而著称 。它主要通过添加铬、钼、钒等合金元素来提升其淬透性、强度和抗回火软化能力 。40CrMoV严格执行YB/T 158-1999等标准 ，广泛应用于汽轮机、压力容器、机械制造和汽车零部件等关键领域 ，尤其在要求高温下保持高强度的工况中表现出色。

2 化学成分与合金元素作用机制

40CrMoV的化学成分精密配比，是其优异性能的基石。具体成分范围（重量百分比）及各元素的核心作用如下 ：

碳：含量为0.36%~0.44%。作为钢中最主要的强化元素，碳通过固溶强化和形成碳化物来保证钢的强度和硬度，属于中碳钢范畴，为热处理（淬火+回火）提供了基础。铬：含量为0.80%~1.15%。主要作用是提高淬透性，使零件在淬火时能获得更均匀的显微组织（如马氏体），确保较大截面零件的心部也能获得高强度。同时，铬还能增强钢的耐腐蚀性和抗氧化性。钼：含量为0.50%~0.65%。钼能显著抑制回火脆性，提高钢的高温强度和蠕变抗力，使其在高温下长时间工作时仍能保持组织稳定性和强度。钒：含量为0.25%~0.35%。钒是强碳化物形成元素，能形成细小、弥散分布的VC或V4C3碳化物。这些碳化物在热处理过程中可强烈细化晶粒，并通过二次硬化效应提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时保持良好的韧性。

此外，对硅、锰含量有特定要求，并对硫、磷等有害杂质元素有严格限制（通常均≤0.025%），以保障钢的纯净度和各项性能，特别是韧性和疲劳强度 。

3 核心物理与力学性能

3.1 物理性能

40CrMoV的物理性能参数为其在工程应用中的热管理和电学设计提供了依据 ：

密度：约为 7.85 g/cm³。弹性模量（23°C时）：约为 210 GPa。热膨胀系数（20-100°C）：约为 12×10⁻⁶/°C。热导率（100°C时）：约为 43.3 W/(m·°C)。电阻率：约为 0.11 Ω·mm²/m。

3.2 力学性能（调质态）

经过规范的调质处理（淬火+高温回火）后，40CrMoV展现出卓越的综合力学性能 ：

屈服强度（Rp0.2）：≥720 MPa。抗拉强度（Rm）：≥860 MPa。断后伸长率（δ5）：≥18%，表明材料具有良好的塑性。断面收缩率（ψ）：≥50%，反映了其较好的韧性储备。冲击吸收功（Aku，V型缺口）：≥34 J。布氏硬度：在交货状态（退火或回火）下通常≤269 HBW 。经过适当的热处理，硬度可根据实际应用需求进行调整。

值得注意的是，40CrMoV具有良好的高温性能。在高温环境下（例如50-650℃），其最小屈服强度虽会随温度升高而递减，但仍能保持较高水平，这使得它适用于一定温度范围内工作的零件 。

4 关键工艺：热处理与加工特性

热处理是充分发挥40CrMoV性能潜力的关键环节。

4.1 热处理工艺

退火：通常采用780°C - 830°C进行退火，目的是降低硬度，改善切削加工性能或为后续冷加工做准备 。淬火：推荐的淬火温度为890℃±15℃，冷却介质通常为油 。油冷旨在获得高强度的马氏体组织，同时减少淬火应力和变形开裂倾向。回火：淬火后必须立即进行回火。常用的回火温度在520℃ - 700℃ 范围内，具体温度取决于对强度和韧性的不同要求组合 。例如，650℃左右的回火有助于获得良好的强韧性配合 。回火能消除内应力，稳定组织，使材料达到所需的综合力学性能。

4.2 加工与焊接性能

加工性能：40CrMoV在退火状态下具有较好的切削加工性。其冷变形塑性也较高，适合进行多种形式的机械加工 。焊接性能：该钢种的焊接性一般。由于其淬硬倾向较明显，焊接时需采取措施防止冷裂纹产生。建议焊前进行预热（对于厚壁零件，预热温度可达200～300℃），焊后需及时进行去应力退火处理 。

5 典型应用场景

凭借其高强度、良好的韧性和耐高温特性，40CrMoV被广泛应用于多个重要工业领域 ：

能源装备与重型机械：这是40CrMoV最传统的优势应用领域。特别适用于制造汽轮机螺栓、主汽管道、隔板等关键部件 。在核电站和火力发电厂中，也用于制造高温管道、阀门等 。此外，在压力容器、重型机床的轴类、齿轮等关键结构件上也有广泛应用。汽车与交通运输：用于制造发动机的连杆、齿轮、轴承等关键零部件，以及传动系统和悬挂系统中的重要部件，要求高疲劳强度和耐磨性 。石油化工设备：在石油化工行业中，用于制造反应器、换热器、高压容器、管道和阀门等设备，承受高温高压和腐蚀介质 。航空航天领域：对材料要求极高的航空航天工业中，40CrMoV因其优异的高温性能和强度，被用于制造飞机发动机部件、涡轮叶片、燃烧室等关键结构件 。