專利名稱：一種新型不銹軸承鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼，尤其是涉及一種新型不銹軸承鋼及其制造方法。
技術(shù)背景軸承是典型的通用機(jī)械零部件，應(yīng)用范圍幾乎涉及整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)和國防領(lǐng) 域。在不同的應(yīng)用環(huán)境中，對(duì)軸承材料的性能要求也不同，如在海洋開發(fā)、石 油化工等腐蝕性環(huán)境下，除了要求材料具有高的機(jī)械性能和高的加工性能，還 要求其具有高的耐腐蝕性能，因而產(chǎn)生了不銹軸承鋼。目前，大部分的不銹軸承鋼都是采用普通不銹鋼制造的，使用最多是9Crl8 和9Crl8Mo兩個(gè)鋼種，它們硬度較高，可達(dá)HRC60以上，可用于大氣、河水、 自來水和弱酸弱鹽的水溶液中，但不能長時(shí)間用于海洋、石油化工和造紙等腐 蝕性較強(qiáng)的工業(yè)環(huán)境中。由于這兩種鋼含碳量較高，在冶煉過程中不可避免地 形成一定量的共晶碳化物，也稱一次碳化物，其顆粒粗大，分布不均勻，大部 分分布在晶界上，在加工過程中，共晶碳化物容易從表面剝落，形成凹坑，影 響表面質(zhì)量和加工精度，且在使用過程中，易在共晶碳化物處造成應(yīng)力集中而 產(chǎn)生疲勞裂紋源，使軸承的使用壽命受到很大影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，針對(duì)不同 的使用條件采用不同的不銹鋼。如在上述的腐蝕性環(huán)境下，多采用如304、 316L 等不銹鋼，這些不銹鋼雖耐腐蝕性能較高，但它們都屬于奧氏體不銹鋼，硬度 較低，只能滿足一部分使用條件的要求。目前也有采用耐蝕性能達(dá)到304不銹 鋼水平而硬度較高的沉淀硬化不銹鋼作為軸承材料，用的最多的是17-4PH和 PH15-7Mo等鋼種，這些鋼種的硬度大多在HRC45以下，且熱處理工藝復(fù)雜， 并且也只能滿足一部分使用條件的要求。人們針對(duì)不同的使用條件己研究出一些新的不銹軸承鋼，如公開號(hào)為CN 1726295A的文件報(bào)道了一個(gè)"制造性和耐蝕性優(yōu)良的軸承鋼及其制造方法以及 軸承零部件及其制造方法"，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C: 0.3 0.6%， Si: 0.1~2.0%， Mn: 0.1~0.5%， Cr: 3.0~8.0%，限定Mo: 0.5%或以下，N: 0.02%
或以下，且含有滿足下式的S: Cr-300O2.0，該軸承鋼雖具有良好的加工性 能和耐蝕性能，但其耐蝕性能是在不接觸鹽和酸、比較溫和的腐蝕環(huán)境下試驗(yàn) 得出的，這樣的耐蝕性能只能用于較弱的腐蝕環(huán)境。以上所述的不銹軸承鋼雖在一定的環(huán)境下得到推廣應(yīng)用，但都存在一定的 局限性，需要研究開發(fā)適用范圍廣的新型不銹軸承鋼。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有優(yōu) 良的力學(xué)性能、耐蝕性能和加工性能的新型不銹軸承鋼及其制造方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種新型不銹軸承鋼，其特 征在于，該軸承鋼含有下列組分及含量(重量％) : C 0.3-0.6， Crl4.00~17.00， Ni 0.29 2.50， Mol.00~3.00， N0.10~0.30， Mn《1.00， Si《l肌S《0.03， P 《0.035，微量元素《0.50，其余為Fe。所述的微量元素包括Ti、 Nb和/或V。該軸承鋼的抗彎強(qiáng)度》3800MPa， HRC》55。一種新型不銹軸承鋼的制造方法，其特征在于，該方法包括以下工藝步驟-首先將包含以下組分及含量(重量％)的爐料C0.3 0.6， Cr 14.00 17.00， Ni 0.29 2.50， Mo 1.00~3.00， N0.10~0.30， Mn《l肌Si《l肌S《0.03， P《0.035， 微量元素《0.50，其余為Fe，經(jīng)過非真空感應(yīng)爐熔煉，電渣重熔，鍛造成型， 再經(jīng)熱處理工藝后得到新型不銹軸承鋼產(chǎn)品。所述的熱處理工藝為將成型鋼加熱至1010~1050°C，保溫0.5~2小時(shí)， 水或油冷至室溫，然后在150 30(TC下回火2~6小時(shí)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的新型不銹軸承鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐蝕性 能和加工性能，硬度高、耐蝕性能強(qiáng)，適用于海洋、石油、化工、食品、造紙 等中等腐蝕性環(huán)境，并且便于制造滾動(dòng)、滑動(dòng)等各類軸承。


圖1為本發(fā)明新型不銹軸承鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)照附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 本發(fā)明的新型不銹軸承鋼的物理性能如表1所示表1本發(fā)明的新型不銹軸承鋼的物理性能熱膨脹系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)X (w/m.k)彈性模量 GPa30~10010.3730-60 。C1721130~20010.6530~30010.75相變溫度30~40010.77aci rc)ac3 (。c)Ms (°c )30~50011.71833卯3196本發(fā)明的新型不銹軸承鋼的耐蝕性能按國標(biāo)GB/T101125-1997鹽霧試驗(yàn)方 法進(jìn)行測定，試樣在5。/。NaCl水溶液、溫度為35土2。C、 pH為6.5~7.2條件下， 進(jìn)行48小時(shí)連續(xù)噴霧試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明試樣表面無變化，無銹點(diǎn)。本發(fā)明的新型不銹軸承鋼按照不同的熱處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)，所得結(jié)果如表 2所示表2本發(fā)明的新型不銹軸承鋼經(jīng)不同熱處理工藝的硬度熱處理工藝硬度(HRC)ioio"C x0.5h—油淬+180。C x4h56.2， 57.0， 57.01030°C xlh—油淬+18(TC x4h56.3， 56.4， 56.51Q50。C x lh—油淬+180。C x4h56.0， 56.0， 56.0如表2所示，本發(fā)明的新型不銹軸承鋼在熱處理淬火溫度為1010 1050°C， 淬火后經(jīng)低溫回火處理效果優(yōu)良，硬度大于HRC55。如圖1所示，經(jīng)上述熱處理以后，本發(fā)明鋼的基體組織為馬氏體+彌散分 布的細(xì)小碳化物+微量殘余奧氏體。本發(fā)明的新型不銹軸承鋼的主要特點(diǎn)是高硬度和高耐蝕性的相結(jié)合，從而 滿足在腐蝕環(huán)境下的服役軸承性能的要求，而這個(gè)特點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)在于化學(xué)成 分的設(shè)計(jì)和熱處理工藝的配合。本發(fā)明的新型不銹軸承鋼為馬氏體不銹鋼，形成馬氏體不銹鋼的基本條件 是在淬火溫度時(shí)，必須形成奧氏體，為此鋼中要含有一定量的奧氏體形成元素。 本發(fā)明是通過C、 N、 Ni等元素來促成形成奧氏體的。C: C是形成奧氏體的能力最強(qiáng)的有效元素之一，同時(shí)也是提高硬度的有 效元素，但要控制適當(dāng)，太高了，易生成過量的碳化物，對(duì)耐蝕性和力學(xué)性能 均產(chǎn)生不利影響；太低了，鋼的硬度達(dá)不到要求。本發(fā)明控制(3在0.3% 0.6%。 N-和C一樣，N也是形成奧氏體的最強(qiáng)有效元素，還可以提高鋼的耐蝕 性能，并能起到固溶強(qiáng)化的作用，提高鋼的強(qiáng)度，但也會(huì)使煉鋼中熔煉、澆鑄 工藝復(fù)雜，使鑄件產(chǎn)生氣孔、冒漲等缺陷。本發(fā)明控制1^在0.10%~0.30%。 Ni: Ni是形成奧氏體和穩(wěn)定奧氏體的最佳元素，對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)影響最小 (即降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)Ms影響最小)，Ni對(duì)提高鋼的耐蝕性能、力學(xué)性 能和熱加工性能均有積極的作用，所以Ni是不銹鋼中主要元素之一，但Ni資 源短缺，價(jià)格較貴，應(yīng)盡量節(jié)約使用。本發(fā)明控制Ni在0.50n/。 2.50y。。本發(fā)明的新型不銹軸承鋼中還含有Cr、 Mo等元素，這兩種元素是提高鋼 耐蝕性的主要元素，同時(shí)也是鐵素體形成元素。它和奧氏體形成元素相結(jié)合， 便于產(chǎn)生平衡組織。通過調(diào)節(jié)鐵素體形成元素和奧氏體形成元素含量來控制鋼 的組織和性能。Cr:不銹鋼中都含有Cr， Cr和氧化性介質(zhì)作用，在鋼表面形成一層鈍化 膜，起到了保護(hù)作用，從而提高了耐蝕性能。不銹鋼Cr含量一般均在13%以 上，低了達(dá)不到不銹的目的。在馬氏體不銹鋼中Cr含量太高易出現(xiàn)5鐵素體， 又降低馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，使鋼難以淬硬。本發(fā)明控制Cr在14.00% 17.00%。Mo: Mo是提高不銹鋼耐蝕性的有效元素。試驗(yàn)證明在不銹鋼中同時(shí)加入 Cr、 Mo、 N元素，形成的鈍化膜耐蝕性能明顯提高，尤其是耐點(diǎn)腐蝕性能，更 為明顯。但Mo加多了，和Cr一樣，易出現(xiàn)S鐵素體和降低馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，使 鋼難以淬硬。本發(fā)明控制Mo在1.0%~3.0%。微量元素(Ti、 Nb、 V)的加入可改善優(yōu)化鋼的組織及晶粒度。本發(fā)明控 制微量元素《0.50%。實(shí)施例1一種新型不銹軸承鋼，該軸承鋼含有C0.42(重量百分比，下同)，Cr 15.52， Ni0.78， Mol.64， N0.12, Mn0.74， Si 0.26， S 0.006， P 0.020， V0.34，其余為Fe;所述的軸承鋼的制造方法為將包含上述成分的爐料經(jīng)過非真空感應(yīng)爐熔煉，電渣重熔，鍛造成型，再經(jīng)如下熱處理工藝在103(TC保溫lh，水淬 至室溫，再在18(TC保溫4h，得到的不銹軸承鋼。將得到的不銹軸承鋼加工成 柱塞，裝于醫(yī)療設(shè)備的壓力缸內(nèi)，在微生物溶液中使用412小時(shí)，柱塞的耐磨
性及耐腐蝕性均滿足了產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求。在此以前，該柱塞采用以下材料，使用效果不理想1. 采用GCrl5材料噴涂硬質(zhì)合金，在使用過程中易磨損其他零件。2. 用40Cr材料，表面鍍硬鉻，但用200多小時(shí)發(fā)現(xiàn)有脫落情況，使柱塞 急劇損壞。3. 用高速鋼SKH51材料制造的柱塞，其耐磨性很好，但極易生銹。4. 采用304、 316等不銹鋼材料制造的柱塞，其耐蝕性能尚好，但極易磨損。實(shí)施例2一種新型不銹軸承鋼，該軸承鋼含有C0.52， Cr 15.49， Ni0.29， Mo 1.90， N0.21, Mn0.63， Si 0.42， S 0.004， P 0.024， V0.31，其余為Fe;所述的軸承 鋼的制造方法為將包含上述成分的爐料經(jīng)非真空感應(yīng)爐熔煉，電渣重熔，鍛 成棒材，軟化退火后，粗加工成軸承的內(nèi)外圈，再經(jīng)如下熱處理工藝在IOIO。C保溫lh，油淬后冰凍處理(-3(TC下8h)，再在180'C保溫4h，測得硬度為 HRC56。裝配后的軸承，在5%NaCl鹽霧試驗(yàn)未出現(xiàn)銹蝕，而9Crl8不銹鋼軸 承在同樣試驗(yàn)條件下，在24小時(shí)內(nèi)就出現(xiàn)銹蝕。 實(shí)施例3一種新型不銹軸承鋼，該軸承鋼含有:C0.30， Cr 14.00， Ni 1.50， Mo 1.00， NO.IO， Mn 1.00, Si 1.00， S 0.03， P 0,035， Ti 0.50，其余為Fe;所述的軸承 鋼的制造方法為將包含上述成分的爐料經(jīng)過非真空感應(yīng)爐熔煉，電渣重熔， 鍛造成型，再經(jīng)如下熱處理工藝在1050。C保溫0.5h，水淬至室溫，再在150 。C保溫6h，得到不銹軸承鋼，測得抗彎強(qiáng)度為3800MPa，硬度為HRC55。實(shí)施例4一種新型不銹軸承鋼，該軸承鋼含有C0.60， Cr 17.00， Ni2.50， Mo3.00， N0.30， Mn0.25， Si0.25， S 0.001， PO.Ol， NbO.lO，其余為Fe;所述的軸承鋼的制造方法為將包含上述成分的爐料經(jīng)過非真空感應(yīng)爐熔煉，電渣重熔，鍛造成型，再經(jīng)如下熱處理工藝在IOI(TC保溫2h，油淬至室溫，再在300 'C保溫2h進(jìn)行，測得抗彎強(qiáng)度為4000MPa，硬度為HRC57。
權(quán)利要求
1.一種新型不銹軸承鋼，其特征在于，該軸承鋼含有下列組分及含量(重量％)C0.3～0.6，Cr14.00～17.00，Ni0.29～2.50，Mo1.00～3.00，N0.10～0.30，Mn≤1.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，微量元素≤0.50，其余為Fe。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種新型不銹軸承鋼，其特征在于，所述的微量 元素包括Ti、 Nb和/或V。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種新型不銹軸承鋼，其特征在于，該軸承鋼的 抗彎強(qiáng)度^3800MPa， HRC》55。
4. 一種新型不銹軸承鋼的制造方法，其特征在于，該方法包括以下工藝步 驟首先將包含以下組分及含量(重量％)的爐料C 0.3-0.6， Crl4.00~17.00， Ni0.29~2.50， Mo 1.00~3.00， N 0.10 0.30， Mn《1.00， Si《1.00， S《0.03' P 《0.035，微量元素《0.50，其余為Fe，經(jīng)過非真空感應(yīng)爐熔煉，電渣重熔，鍛 造成型，再經(jīng)熱處理工藝后得到新型不銹軸承鋼產(chǎn)品。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型不銹軸承鋼的制造方法，其特征在于， 所述的熱處理工藝為將成型鋼加熱至1010~1050°C，保溫0.5~2小時(shí)，水或 油冷至室溫，然后在150 30(TC下回火2 6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型不銹軸承鋼及其制造方法，該軸承鋼含有下列組分及含量(重量％)C 0.3～0.6，Cr 14.00～17.00，Ni 0.29～2.50，Mo 1.00～3.00，N0.10～0.30，Mn≤1.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，微量元素≤0.50，其余為Fe。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的新型不銹軸承鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐蝕性能和加工性能，硬度高、耐蝕性能強(qiáng)，適用于海洋、石油、化工、食品、造紙等中等腐蝕性環(huán)境，并且便于制造滾動(dòng)、滑動(dòng)等各類軸承。
文檔編號(hào)C22C38/50GK101117688SQ20071004603
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者徐增華, 沈忠良, 春 薛, 黃春波 申請(qǐng)人:上海材料研究所