[发明专利]一种稀土合金化的钢材及其渗氮方法及一种渗氮钢件

说明书

一种稀土合金化的钢材，包含质量分数为0.37～0.44wt％的C，0.15～0.35wt％的Si，0.65～1.00wt％的Mn，0.85～1.25wt％的Cr，0.15～0.25wt％的Mo，0.015～0.025wt％的S，Ni，P以及稀土合金，余量为铁及杂质；Ni的质量百分含量不大于0.25％，P的质量百分含量不大于0.025％；稀土合金的质量百分含量wt为：0wt≤0.06％。该钢材低熔点杂质含量少，抗疲劳性能好，冲击韧性好。该钢材的渗氮方法包括：将上述钢材加热至1050～1250℃，经锻打、加热、保温、粗加工，热处理后进行精加工，然后进行渗氮。得到的渗氮钢件具备良好的表面硬度、硬化层深度适宜，钢件具备优良的耐磨强度和耐腐蚀强度。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种稀土合金化的钢材及其渗氮方法及一种渗氮工件。

背景技术

渗氮热处理是应用广泛的一种钢材表面化学热处理技术，其目的是在钢铁材料表层实现氮的富集，发生反应并且形成硬化层，以提高钢件的耐磨性和疲劳强度。渗氮是钢在铁素体状态(700℃以下)渗入氮原子提高钢件表面氮含量，由于温度低，氮原子在铁素体中的扩散速度远低于氮原子在奥氏体中的扩散速度，因而渗氮速度慢，能耗大，生产周期长，如果将辅助时间计算在内，工艺时长一般为几十个小时。这将浪费大量的工时、电耗与渗氮介质，同时随着生产实际对工件使用性能要求的提高，需要进行热处理工艺的工件占比越来越大，且工艺愈加趋于复杂化，大量的热处理随之带来的是对环境严重的污染。

稀土材料具有特殊的电子结构和较强的化学活性，在被用于进行一般金属和合金材料的改良时体现出极强的改良潜力和特性。专利申请“固体稀土渗氮催渗剂”(申请号201110097678.2)、“一种化学渗氮催渗剂”(申请号201210216112.1)、“一种化学渗氮催渗剂”(申请号201210216112.1)、“镧-氮共渗稀土催渗剂”(申请号201410155284.1)、“稀土在预氧化软氮化工艺中的应用方法”(申请号201410023672.4)以及“使用稀土材料的34CrNiMoA钢氮化方法”(申请号201711321041.0)均是采用在渗氮过程中加入稀土金属作为催渗剂，加速渗氮介质的分解、促进工件对活性氮原子的吸附以及活性氮原子由渗氮表面扩散到渗层内部，提高了渗氮速度，降低了能耗，减少零件变形，缩短生产周期，同时改善渗氮层组织，提高性能的目的。然而现有技术虽有催渗效果，但需要从设备和操作等方面进行改进，并且稀土催渗剂会对设备产生一定的污染和腐蚀，且渗层深度有限。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种稀土合金化的钢材及其渗氮方法及一种渗氮钢件，从而在避免现有技术渗氮过程稀土催渗剂对设备产生污染以及腐蚀，同时有效实现钢材的快速渗氮，增加渗层深度，改善渗层组织及性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种稀土合金化的钢材，包含质量分数为0.37～0.44wt％的C，0.15～0.35wt％的Si，0.65～1.00wt％的Mn，0.85～1.25wt％的Cr，0.15～0.25wt％的Mo，0.015～0.025wt％的S，Ni，P以及稀土合金，余量为铁及杂质；

其中，所述Ni的质量百分含量不大于0.25％，所述P的质量百分含量不大于0.025％；

所述稀土合金的质量百分含量wt为：0wt≤0.06％。

优选的，所述稀土合金包含质量分数为50％的Ce，29％的La，5％的Pr和16％的Nd。

一种上述稀土合金化钢材的渗氮方法，包括以下步骤：

S1：将上述稀土合金化的钢材加热至1050～1250℃，锻打得到第一坯件；

S2：将S1中的第一坯件加热至600～750℃，保温4h，冷却至200℃，得到第二坯件；

S3：对S2中的第二坯件进行粗加工，得到第三坯件；