低合金渗碳钢的研制

　　近年来，为了保证生产工序的合理化和降低成本，普遍采用冷锻的方式进行机械结构用部件的成型加工。然而，当部件整体或局部进行强加工的情况下，在其后的渗碳处理等热处理过程中易出现奥氏体晶粒局部粗大即晶粒异常长大的情况。这种晶粒异常长大会导致部件疲劳强度下降或精度变差，在实际应用过程中会出现各种问题。最近，问题经常出现在为实现高强度而进行的高浓度渗碳以及以缩短渗碳处理时间为目标的高温处理过程中。为了提高部件的可靠性和强度，需要开发出能抑制高温区域晶粒异常长大的材料。 　　一直以来，采用在渗碳钢中添加Al、Nb、Ti等元素，使其氮化物和碳化物细小弥散析出，钉扎奥氏体晶界的方法抑制晶粒异常长大。应用此方法，开发出在高温条件下仍能确保稳定的钉扎晶粒的细小弥散析出，抑制晶粒异常长大的ATOM钢、冷锻性能优良的ALFA钢，并投入实际应用。然而，为了实现渗碳工序的在线化以及缩短部件生产周期，必须进一步提高渗碳温度，如果仍采用以上方法处理渗碳钢有出现析出物固溶、晶粒异常长大的可能性。 　　为此，科研人员开发出加工性良好、特别是冷锻性能优良且能抑制晶粒异常长大的渗碳钢。以下对这种钢进行详细论述。 　　开发钢成分设计： 　　传统的渗碳钢为了利用AlN、NbC、TiC等析出物而添加Al、Nb、Ti合金元素，但当这些钉扎析出物在高温下出现部分固溶时，就会出现晶粒异常长大。新开发钢种通过避免钉扎晶界的AlN析出，使渗碳处理过程中奥氏体晶粒均匀长大，达到抑制晶粒异常长大的目的。同时，由于开发钢种比传统渗碳钢在渗碳淬火时的结晶粒径大，淬透性得以提高，因此还可降低为改变结晶粒径而添加的合金元素量。 　　科研人员开发出能抑制渗碳处理时晶粒异常长大的AROM钢和以省略软化热处理工序为目的ALFA钢，并投入实际应用，还开发出高温渗碳时仍能抑制晶粒异常长大且兼备冷加工性的渗碳钢。 　　新开发钢种不是依靠钉扎晶界抑制晶粒异常长大，而是通过尽量避免钉扎晶粒的析出而达到抑制晶粒长大的目的。由于开发钢种的结晶晶粒中没有钉扎晶粒，可促进渗碳等热处理过程中晶粒的长大，使之大于传统的渗碳钢晶粒，因此可提高淬透性。这样不仅可减少用于提高淬透性元素的添加量，还能提高冷加工性能。 　　传统钢种热锻在1273K左右发生晶粒异常长大，冷锻在1223K左右发生晶粒异常长大。ATOM钢和ALFA钢在抑制晶粒异常长大方面均优于传统钢种。由于新开发钢种在高温渗碳的条件下不发生钉扎晶粒的固溶，因此比ATOM钢及ALFA钢在高温渗碳条件下更能有效地抑制晶粒异常长大。因此，今后可将新开发钢种推广应用于为降低部件制造成本的冷锻加工及以缩短处理时间为目的的高温渗碳等方面。