[发明专利]一种低渗氮层脆性38CrMoAl渗氮钢

说明书

技术领域

本发明属于一种合金钢技术领域，特别涉及一种低渗氮层脆性38CrMoAl渗氮钢。

背景技术

渗氮钢是表面氮化用钢，添加2种或2种以上Al、Cr、Mo、V等氮化物形成元素，从而非常适合渗氮；钢材经渗氮后具有表面硬度高、耐磨性好、心部强韧性足和一定耐蚀性的优点。38CrMoAl钢是GB/T3077-1999合金结构钢中的一种，为国标中唯一专用渗氮钢，其成分为0.35～0.42wt％C，0.20～0.45wt％Si，0.30～0.60wt％Mn，1.35～1.65wt％Cr，0.15～0.25wt％Mo，0.7～1.10wt％Al，≤0.025wt％P，≤0.015wt％S，≤0.025wt％Cu，≤0.030wt％Ni。38CrMoAl氮化后的表面硬度在920HV(约67HRC)以上，预处理为调质(通常调质硬度要求≥260HB)。

经过表面处理和精加工后的38CrMoAl钢具有很高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，并具有良好的耐热性及腐蚀性。目前国内38CrMoAl圆钢广泛应用于航空工业、常规武器及机械制造业上的管坯，发动机气钢套，注塑机的螺杆和套筒等，是我国应用最广泛的渗氮钢。

目前38CrMoAl渗氮钢应用中最突出的问题是渗氮层脆性较大，限制了用途。依据渗氮钢用户使用标准，渗氮层脆性级别≥3级的渗氮钢，不得作为重要用途使用。许大庆等在《几种工业用钢的氮化层脆性测试》(钢铁研究学报，1999，Vol.11，No.1，61-65)中研究了55CrMoV、45CrMoV、5CrMnMo、5NiSCa及38CrMoAl等5种钢的渗氮层脆性，发现在各种工艺条件下，38CrMoAl钢的渗氮层脆性均≥3级，渗氮层脆性最大。

为了改善渗氮后渗氮层脆性，已有的研究主要包括以下方面：

(1)添加V、Nb等合金元素，部分代替或全部代替Al。赵西成等在《低铝加钒的38CrMoAl氮化钢》(热加工工艺，1996年第2期，48-49)中通过在38CrMoAl钢中添加0.25wt％V，降低Al含量至0.65wt％，可使渗氮层脆性降低至2级；中国发明专利申请《一种合金氮化钢及其制造方法》(公开号CN102443740A)公开了一种添加0.15～0.25wt％V，0.02～0.06wt％Nb，不添加Al的渗氮钢，改善了渗氮层脆性。邓传印等在《一种Cr-Mo-V渗氮钢的合金设计及性能测试》(金属热处理，2014，Vol.39,No.2,1-6)一文中的研究及中国发明专利申请《成型性与渗氮性优良的渗氮钢及其冲压成型制品》(公开号CN1166185A)也属此类；

(2)优化渗氮工艺。中国发明专利申请《一种钢铁材料渗氮层的表面处理方法》(公开号CN102560507A)公开了一种利用离子轰击的方法分解渗氮处理后的化合物层，以消除脆性，可将38CrMoAl钢渗氮层脆性级别由4级改善为1级；中国发明专利申请《最优扩散条件动态可控渗氮技术》(公开号CN85100540A)公开了一种在渗氮过程中利用微机进行连续实时控制的方法，可使38CrMoAl钢的渗氮层脆性降为1级。

此外，利用稀土进行钢种改性进行了较多研究，但多集中在提高渗氮速度等方面，尚未发现对渗氮层脆性的影响。韩宝军在《稀土含量对38CrMoAl钢渗氮层性能的影响》(表面技术，2009，Vol.38,No.6,39-42)中通过添加混合稀土，提高了渗氮速度及渗氮层硬度。

从以上专利及文献调研可以发现，为改善38CrMoAl钢的渗氮层脆性，目前主要通过添加高成本的V、Nb元素或通过较复杂的渗氮工艺控制，在现有渗氮钢生产及应用条件下，难以大规模推广。38CrMoAl钢由于含有较高的铝含量，渗氮速度、渗层硬度及渗层深度相比于不含Al钢具有优势，是我国生产和使用最成熟的渗氮钢，尚不能被取代。保持现有38CrMoAl钢的主要成分体系，通过成分合理控制，在常规渗氮工艺下即能得到低渗氮层脆性的渗氮钢，才能兼顾38CrMoAl钢生产者与用户的利益，进一步扩大38CrMoAl钢的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低渗氮层脆性38CrMoAl渗氮钢，解决了现有38CrMoAl钢渗氮层脆性较大的问题。该钢种应在主要成分符合国标要求的前提下，精细化调整钢中合金元素，以期达到渗氮后渗层脆性低且心部具有良好的强韧性匹配。