一种低渗氮层脆性38CrMoAl渗氮钢的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 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38CrM〇Al渗氮钢。
【背景技术】
[0002] 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/T 3077-1999合金结构钢中的一种，为国标中唯一专用渗氮钢，其 成分为 〇? 35 ~0? 42wt % C，0. 20 ~0? 45wt% Si，0. 30 ~0? 60wt% Mn，1. 35 ~I. 65wt% Cr，0. 15 ~0. 25wt%Mo,0. 7 ~I. 10wt%Al，彡 0. 025wt%P，彡 0. 015wt%S，彡 0. 025wt% Cu，彡0. 030wt%Ni。38CrMoAl氮化后的表面硬度在920HV(约67HRC)以上，预处理为调质 (通常调质硬度要求彡260HB)。
[0003] 经过表面处理和精加工后的38CrM〇Al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38CrM〇Al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。
[0004]目前38CrM〇Al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，渗氮层脆性级别多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，38CrM 〇Al钢的渗氮层脆性均多3级，渗氮层脆性最大。
[0005] 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：
[0006] (1)添加V、Nb等合金元素，部分代替或全部代替A1。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) -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；
[0007] (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38CrM 〇Al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38CrM 〇Al钢的渗氮层脆性降为1级。
[0008] 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。
[0009] 从以上专利及文献调研可以发现，为改善38CrM〇Al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。38CrM〇Al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 38CrM〇Al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】
[0010] 本发明的目的在于提供一种低渗氮层脆性38CrM〇Al渗氮钢，解决了现有 38CrM〇Al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。
[0011] -种低渗氮层脆性38CrM〇Al渗氮钢，其化学成分的质量百分比为，碳：0. 35~ 0? 42%;硅：0? 20 ~0? 45%;锰：0? 30 ~0? 60%;铬：1. 35 ~L65%;钼：0? 15 ~0? 25%;铝： 0? 70 ~1. 10% ;磷：彡 0? 015% ;硫：彡 0? 010% ;钒：0? 001 ~0? 01% ;铌：0? 001 ~0? 01% ; 钛：0. 001~0. 01% ;氮：0. 0020~0. 006% ;氧：0. 0005~0. 0025% ;余量为铁及其他不可 避免的杂质。
[0012] 该渗氮钢成分还需满足以下要求：铝的质量分数与氮的质量分数之比Al/ N^ 230〇
[0013] 在本发明的化学组分设计原理如下：
[0014] 碳元素是钢中的基本元素，提供钢的基本强度，所以碳含量不宜过低；但碳含量增 加后，调质过程中产生较大内应力，对基体及渗氮层结合性不利，增大渗氮层的脆性趋势， 所以碳含量不宜过高，本技术方案中碳含量为〇. 35~0. 42wt%。
[0015] 铬元素是氮化物形成元素，同时是钢的淬透性保证元素，将铬含量下限定为 I. 35wt% ;铬含量过高，在渗氮过程中增大氮原子向钢中扩散的激活能，同时也会导致淬火 过程中变形增大，引起淬火开裂，所以将铬含量上限定为1.65wt%，本技术方案中铬含量为 1. 35 ~I. 65wt%。
[0016] 磷、硫、氧是钢中的杂质元素，低渗氮层脆性钢对洁净度的要求较高，必须将这几 种有害元素降至较低的水平，防止大颗粒A1203、MnS等夹杂物的产生，降低由夹杂物带来 的基体内应力水平；特别地，由于目前生产条件限制，将氧含量降低至〇.〇〇〇5wt%以下， 会带来大量额外成本增加，而对钢的渗氮性能没有更有利的影响，所以将氧含量下限定为 0.0005wt%，本技术方案中磷含量< 0.015wt%，硫含量<O.OlOwt%，氧含量0.0005~ 0. 0025wt% 〇
[0017] 钒、铌、钛元素是钢中的氮化物形成元素，尽管对改善渗氮层脆性有利，但由于较 高的合金成本，本技术方案不单独或复合使用钒、铌、钛元素，将这三种元素的含量上限均 设为0.Olwt% ;但由于这三种元素都属活泼金属，易于进入炼钢原辅料，将这三种元素含 量降低至0.OOlwt%以下，将会极大增加原辅料选材成本，于经济性不利，所以将钒、铌、 钛元素的下限设为0.OOlwt%，本技术方案中钒含量0. 001~0.Olwt%，铌含量0. 001~ 0?Olwt%;钛含量 0?OOl~0?Olwt%。
[0018] 铝元素是低氧含量钢中必不可少的脱氧合金化元素