近年來，為了保證生產(chǎn)工序的合理化和降低成本，普遍采用冷鍛的方式進行機械結構用部件的成型加工。然而，當部件整體或局部進行強加工的情況下，在其后的滲碳處理等熱處理過程中易出現(xiàn)奧氏體晶粒局部粗大即晶粒異常長大的情況。這種晶粒異常長大會導致部件疲勞強度下降或精度變差，在實際應用過程中會出現(xiàn)各種問題。最近，問題經(jīng)常出現(xiàn)在為實現(xiàn)高強度而進行的高濃度滲碳以及以縮短滲碳處理時間為目標的高溫處理過程中。為了提高部件的可靠性和強度，需要開發(fā)出能抑制高溫區(qū)域晶粒異常長大的材料。
一直以來，采用在滲碳鋼中添加Al、Nb、Ti等元素，使其氮化物和碳化物細小彌散析出，釘扎奧氏體晶界的方法抑制晶粒異常長大。應用此方法，開發(fā)出在高溫條件下仍能確保穩(wěn)定的釘扎晶粒的細小彌散析出，抑制晶粒異常長大的ATOM鋼、冷鍛性能優(yōu)良的ALFA鋼，并投入實際應用。然而，為了實現(xiàn)滲碳工序的在線化以及縮短部件生產(chǎn)周期，必須進一步提高滲碳溫度，如果仍采用以上方法處理滲碳鋼有出現(xiàn)析出物固溶、晶粒異常長大的可能性。
為此，科研人員開發(fā)出加工性良好、特別是冷鍛性能優(yōu)良且能抑制晶粒異常長大的滲碳鋼。以下對這種鋼進行詳細論述。
開發(fā)鋼成分設計：
傳統(tǒng)的滲碳鋼為了利用AlN、NbC、TiC等析出物而添加Al、Nb、Ti合金元素，但當這些釘扎析出物在高溫下出現(xiàn)部分固溶時，就會出現(xiàn)晶粒異常長大。新開發(fā)鋼種通過避免釘扎晶界的AlN析出，使?jié)B碳處理過程中奧氏體晶粒均勻長大，達到抑制晶粒異常長大的目的。同時，由于開發(fā)鋼種比傳統(tǒng)滲碳鋼在滲碳淬火時的結晶粒徑大，淬透性得以提高，因此還可降低為改變結晶粒徑而添加的合金元素量。
科研人員開發(fā)出能抑制滲碳處理時晶粒異常長大的AROM鋼和以省略軟化熱處理工序為目的ALFA鋼，并投入實際應用，還開發(fā)出高溫滲碳時仍能抑制晶粒異常長大且兼?zhèn)淅浼庸ば缘臐B碳鋼。
新開發(fā)鋼種不是依靠釘扎晶界抑制晶粒異常長大，而是通過盡量避免釘扎晶粒的析出而達到抑制晶粒長大的目的。由于開發(fā)鋼種的結晶晶粒中沒有釘扎晶粒，可促進滲碳等熱處理過程中晶粒的長大，使之大于傳統(tǒng)的滲碳鋼晶粒，因此可提高淬透性。這樣不僅可減少用于提高淬透性元素的添加量，還能提高冷加工性能。
傳統(tǒng)鋼種熱鍛在1273K左右發(fā)生晶粒異常長大，冷鍛在1223K左右發(fā)生晶粒異常長大。ATOM鋼和ALFA鋼在抑制晶粒異常長大方面均優(yōu)于傳統(tǒng)鋼種。由于新開發(fā)鋼種在高溫滲碳的條件下不發(fā)生釘扎晶粒的固溶，因此比ATOM鋼及ALFA鋼在高溫滲碳條件下更能有效地抑制晶粒異常長大。因此，今后可將新開發(fā)鋼種推廣應用于為降低部件制造成本的冷鍛加工及以縮短處理時間為目的的高溫滲碳等方面。