[发明专利]利用微合金化提高渗碳温度的方法和低碳钢的表面渗碳方法

说明书

本发明属于低碳钢或低碳合金钢渗碳热处理技术领域，特别涉及一种利用微合金化提高渗碳温度的方法和低碳钢的表面渗碳方法。所述方法是选取碳含量小于0.25％的低碳钢或低碳合金钢材料，开展合金成分设计，在冶炼过程中添加在冶炼过程中添加Nb、或Ti、或Nb和V的组合、或Ti和V的组合、或Nb与Ti及V的组合微合金元素，以提高低碳钢或低碳合金钢的渗碳温度，从而进一步提高渗碳速率，缩短渗碳工艺周期，减少能源消耗。

技术领域

本发明涉及低碳钢或低碳合金钢渗碳热处理技术领域，特别涉及一种利用微合金化提高渗碳温度的方法和低碳钢的表面渗碳方法。

背景技术

渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢(含碳量小于0.25％)的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而同时工件的中心部分仍保持着低碳钢的韧性和塑性。

高温渗碳具有环保、高效、低成本等特点，是渗碳技术发展的重要方向之一。提高渗碳温度可以大幅度增大渗碳过程中活性碳原子的扩散速率，减少扩散时间，提高生产效率，节约能源消耗和生产成本。研究表明，当渗碳层深度一定时，渗碳温度越高渗碳时间也越短。据估算，在930℃的齿轮表面渗碳达到1mm的渗碳层深度时需6h，而在1050℃渗碳时仅需要2h。因此，出于环保、节能、生产效率等需要，采用高温渗碳将成为渗碳技术的未来发展方向。

但与此同时，渗碳温度提高到一定范围后会造成奥氏体晶粒过分长大，不可避免地会出现晶粒粗化现象。奥氏体晶粒度和奥氏体化温度密切相关，温度越高，奥氏体晶粒越粗大，渗碳结束淬火后得到的马氏体也会粗大。而粗大马氏体组织会导致零件在实际使用时，强度下降，塑性变差，容易变形和出现开裂，材料的疲劳性能明显降低，零件的服役寿命显著下降。因此，如何解决高温渗碳过程中奥氏体晶粒粗化长大的问题是高温渗碳技术发展的关键。

现有专利提到通过Nb、Al微合金化，可以提高奥氏体晶粒的粗化温度(即在相同温度下可细化奥氏体晶粒)，从而使低碳合金钢的渗碳温度提高到1050℃。但由于钢中存在较高含量的Al₂O₃，易降低低碳合金钢的各项抗疲劳性能，同时钢水冶炼时因Al₂O₃的存在而带来浇注困难的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种利用微合金化提高渗碳温度的方法，通过在低碳钢或低碳合金钢中添加微合金元素，以提高低碳钢或低碳合金钢的渗碳温度从而提高渗碳速度，以解决传统渗碳热处理过程中渗碳温度低、工艺周期长和能源消耗量大等问题。

(二)技术方案

一方面，本申请提供一种利用复合微合金化提高渗碳温度的方法，其方法是：

选取碳含量小于0.25％的低碳钢或低碳合金钢材料，开展合金成分设计，在冶炼过程中添加Nb、或Ti、或Nb和V的组合、或Ti和V的组合、或Nb与Ti及V的组合微合金元素，以提高低碳钢或低碳合金钢的渗碳温度。

优选地，使添加微合金元素后的低碳钢或低碳合金钢中，Nb的含量为0.02～0.06％。

优选地，使添加微合金元素后的低碳钢或低碳合金钢中，Ti的含量为0.01～0.05％。

优选地，使添加微合金元素后的低碳钢或低碳合金钢中，V的含量为0.01～0.06％。

优选地，使添加微合金元素后的低碳钢或低碳合金钢中，Nb的含量为0.02～0.06％、Ti的含量为0.01～0.05％、V的含量为0.01～0.06％。

优选地，所述低碳合金钢材料中含有Mo元素。

另一方面，本申请还提供一种低碳钢的表面渗碳方法，其包括：