[发明专利]一种高强度不锈齿轮钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金材料领域，特别涉及冶金领域中的一种高强度不锈齿轮钢及其制备方法。

背景技术

国内外齿轮钢的发展趋势主要是提高强度、韧性、耐蚀、耐温以及提高使用寿命。最早齿轮钢是以AISI9310为代表的低合金表面硬化钢，低温回火后常温下使用，具有常规要求的使用性能，但耐蚀性能较差，使用温度较低。随后发展的齿轮钢M50NiL，其主要特征是耐温性能提高。该钢采用二次硬化机理设计成分，500℃以上高温回火，可在350℃以下稳定使用，但耐蚀性能较差。

目前使用的耐蚀钢，主要是高碳马氏体不锈轴承钢9Cr18(AISI440)、9Cr18Mo(440C)，该类钢具有高的碳、铬含量，凝固时产生粗大共晶碳化物，且不能通过以后的热处理来改变。粗大的碳化物易造成高的应力集中引起剥落，降低马氏体基体的铬含量导致热处理后硬度偏低、耐蚀性下降，降低使用寿命。

随着对齿轮传动系统高速、高赫兹应力、耐温、耐蚀及减重需求，特别是齿轮承载能力与心部屈服强度相互关系的认识导致超高强度齿轮、轴承钢的迅速发展。目前已有的钢种无法满足传动系统对新一代齿轮的要求。现在我们研制的高强度不锈齿轮钢，采用二次硬化机理设计成分，添加多种强碳化物形成元素，有利于获得表面超高硬度；添加高量Co细化M₂X相，低碳马氏体基体上沉淀细小弥散的M₂X相使芯部具有超高强度和高韧性匹配，在合适的温度回火下可兼得超高强度(Rm≥1800MPa，Rp0.2≥1400MPa)和高韧性。在硬度为HRC50左右的条件下，其K_IC值可达到110Mpa.m^1/2以上。最终经渗碳热处理以后表面室温硬度可达到HRC 65以上，其抗蚀性能非常良好。因此现在研制的这种新材料可以满足传动系统对新一代齿轮用钢的所有要求。

目前国内使用齿轮钢的代表钢号AISI9310、M50NiL、9Cr18Mo(440C)等，其中不锈齿轮钢9Cr18Mo(440C)不能同时达到高强、高韧、耐蚀、耐温的良好配合。国外及新发明高强度不锈齿轮钢的化学成分见表1。

表1

  专利号  C  Mn  Si  Cr  Ni  Mo+1/2  W  Co  Mo  V  W  Nb  US  5288347  A  0.16  0.25  ≤  1.0  ≤  2.0  11.00  15.00  ≤  2.0  12.0  21.0  0.5  3.0  JP  5247593  A  0.16  0.25  ≤  2.0  ≤  2.0  10.00  15.00  ≤  2.0  0.5  3.0  12.0  21.0  0.1  0.5  ＜  0.1  US 5,  424,028  0.10  0.25  ≤  1.0  ≤  1.0  13.00  19.00  1.75  5.25  5.0  14.0  3.0  5.0  0.25  1.25  0.01  0.10  新发明  GBC-1  0.10  0.20  ≤  0.50  ≤  0.50  12.5  15.0  1.50  3.00  12.5  14.5  4.00  6.50  0.50  0.85  0.20  1.50  ≤  0.20