[发明专利]一种易切削加钒高铝氮化钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金结构钢技术领域，具体地讲，本发明涉及一种易切削加钒高铝氮化钢及其制造方法。

背景技术

氮化钢经过渗氮热处理后具有很高的表面硬度（HV950～1200，相当于HRC65～72）、耐磨性和疲劳强度，并且具有良好的耐热性和腐蚀性能；而且，氮化钢的高硬度可以维持到600℃左右。氮化钢在一些特殊工况显示了良好的性能，主要用于机械制造、航空工业及军工等领域。近年来对氮化钢的市场需求上升较快。

传统的氮化钢38CrMoAl是一种合金结构钢，而且是一种专用渗氮钢，该钢具有良好的淬透性，同时钢中由于含有Mo而抑制了高温回火脆性。然而，传统的氮化钢中的铝含量高，造成钢中夹杂物多，钢的表面质量差和渗氮热处理氮化层较脆。具体地讲，传统的氮化钢38CrMoAl钢中的Al含量为0.7%（重量）～1.0%（重量），Al作为氮化物元素，是增加表面硬度最有效的元素，对氮化处理来说，Al是廉价而有效的元素，但在一般冶炼条件下，过高的Al容易生成铝非金属夹杂物，钢材容易产生发纹缺陷。

因此，对于38CrMoAl钢而言，其中的Al其含量超出了常规的脱氧和细化晶粒范围；然而，由于Al非常活泼，易与氧反应形成Al₂O₃非金属夹杂物，在连铸时容易堵塞水口；同时，在冶炼生产过程中，渣中的氧化硅易于还原，钢中的铝易被氧化，造成硅、铝成分波动大，对钢种的成分和质量控制较为困难。传统的氮化钢38CrMoAl由于生产难度高，连续浇注炉数少，因此，很多钢厂仍采用模铸工艺生产，造成钢的质量和成本控制困难。

发明内容

为了解决传统的氮化钢38CrMoAl中Al含量高导致的工艺和质量控制难题，以及Al含量高给钢的洁净度造成的不利影响，同时，为了解决单一的Al作为氮化物元素对氮化层深度和性能影响的局限性，本发明提供了一种新型易切削加钒高铝氮化钢及其制造方法，以有效地解决传统氮化钢生产工艺、质量和使用方面的技术难题。

根据本发明的一方面，提供了一种易切削加钒高铝氮化钢的制造方法，所述制造方法包括下述步骤：采用电弧炉冶炼，配料为重量百分比大于或等于40%的铁水和重量百分比为40%～60%的废钢，控制终点[C]≥0.15%、[P]≤0.010%，残余元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度为1630℃～1640℃，其中，在钢包内进行预脱氧合金化，出钢过程加入重量百分比为50%～60%的Al；然后，进行LF炉外精炼，精炼过程全程吹氩，保持白渣时间在15～20min；精炼后进行真空处理，真空度小于67Pa，保持时间在20～25min，真空处理后软吹氩时间大于12分钟；采用连铸全程保护浇注，连铸中采用电磁搅拌；对连铸坯进行缓冷后轧制，控制加热炉均热温度为1180℃～1250℃，加热时间为2.5～3小时，开轧温度为1080℃～1120℃，终轧温度为850℃～980℃。

根据本发明的一方面，在精炼末期，对钢水进行钙处理，喂入适量的钙铁线，控制钢中的钙铝比大于0.08。

根据本发明的一方面，在喂入适量的钙铁线的步骤可以包括：通过控制喂线速度，使钙铁线穿透渣层并达到一定深度，以增加钢水对钙的吸收，减少炉渣对钙的损失。

根据本发明的一方面，可以控制喂线速度为4.5～5.5m/s。

根据本发明的一方面，在连铸过程中，可以控制中间包的钢水温度为1520℃～1530℃，拉速可以控制在0.50～0.65mm/min。

根据本发明的一方面，在连铸过程中，可以采用低硅连铸保护渣，中间包覆盖剂与碳化稻壳配合使用；大包开浇时，及时向注流区加入适量钙铁粉；生产操作要严格保证水口对中，保证水口不发生偏斜。

根据本发明的另一方面，提供了一种易切削加钒高铝氮化钢，所述易切削加钒高铝氮化钢的组成按重量百分比计为：0.26%～0.40%的C、0.15%～0.50%的Si、0.80%～1.50%的Mn、0.80%～1.50%的Cr、0.05%～0.25%的V、0.10%～0.30%的Al、不大于0.020%的P、0.015%～0.10%的S、不大于0.20%的Cu、不大于0.20%的Ni、不大于0.015%的Sn、不大于15×10^－4%的O，余量为Fe和不可避免的杂质。