[发明专利]含氮不锈轴承钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，特别涉及一种含氮马氏体不锈轴承钢及其制备方法。

背景技术

轴承是各类机械装备的重要零部件，在国民经济和国防领域中占有极其重要的地位，轴承材料是轴承的基础，轴承在不同的服役工况条件下，对轴承材料的要求是不同的。如：高压、冲击服役条件下要求材料具有高的力学性能；磨损疲劳服役工况要求材料耐磨抗疲劳；长寿命、高可靠性要求材料具有高均匀性、高加工精度特性；考虑材料的经济性要求材料成本低、且可加工性强；在宇航、海洋、风电、铁路、石化、食品、造纸等腐蚀性环境下，不仅要求材料耐蚀不锈，而且更多要求耐压、耐磨、耐冲击，更有甚者要求长寿命、高可靠性等，因此，多样性成为轴承材料目前重点研究发展的方向之一。

轴承是各类机械装备的重要零部件，在国民经济和国防领域中占有极其重要的地位，轴承材料是轴承的基础，轴承在不同的服役工况条件下，对轴承材料的要求是不同的。如：高压、冲击服役条件下要求材料具有高的力学性能；磨损疲劳服役工况要求材料耐磨抗疲劳；长寿命、高可靠性要求材料具有高均匀性、高加工精度特性；考虑材料的经济性要求材料成本低、且可加工性强；在宇航、海洋、风电、铁路、石化、食品、造纸等腐蚀性环境下，不仅要求材料耐蚀不锈，而且更多要求耐压、耐磨、耐冲击，更有甚者要求长寿命、高可靠性等，因此，多样性成为轴承材料目前重点研究发展的方向之一。目前，在腐蚀性环境下服役的轴承材料，有1Cr18Ni9Ti(3YC32)、0Cr17Ni12Mo2(3YC20)奥氏体不锈钢，这些不锈钢的硬度低，即使冷作硬化，硬度也不高，且生产工艺难度大；0Cr17Ni7Al(3YC30)、0Cr17Ni4Cu4Nb(6YC5)沉淀硬化不锈钢，其硬度<HRC48，热处理工艺复杂，这两类钢不能满足腐蚀性环境下服役条件的要求。使用最多的是9Cr18和9Cr18Mo(6YC9)马氏体不锈轴承钢以及综合性能最好的0Cr40Ni55Al3(6YC2B)耐蚀轴承合金，这些不锈钢虽然有硬度高(可达HRC55以上)的特点，但9Cr18和9Cr18Mo的含碳量较高，组织中共晶碳化物形成较多，颗粒粗大，分布不均匀，大部分分布在晶界上，共晶碳化物从加工表面剥落，形成凹坑，影响表面质量和加工精度，且在使用过程中，共晶碳化物处形成应力集中而产生疲劳裂纹源，从而影响轴承使用寿命；0Cr40Ni55Al3属高合金材料，铁仅为微量，而材料中的铬及镍含量高、价格贵，并且该材料无磁性，在轴承套圈加工时无法采用常规的磁性夹持加工，须采用镶套磁性材料再磁性夹持加工的加工方法，因此，该轴承合金材料及加工成本都非常高。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氮不锈轴承钢及制备方法，该轴承钢为含氮马氏体不锈轴承钢，其耐蚀性能、力学性能、耐温性能好，硬度高，作为轴及轴承可以服役于宇航、海洋、风电、铁路、石化、食品、造纸、智能等腐蚀性环境。

本发明所述含氮不锈轴承钢，各组分重量百分含量为：C：0.25～0.45％；Cr：14.00～17.00％；W：0.50～3.00％；Mo≤0.80％；Ni≤3.00％；Co≤0.50％；Cu≤0.20％；N：0.10～0.50％；Si≤1.00％；Mn≤1.00％；S≤0.02％；P≤0.03％；余量为Fe。

上述的含氮不锈轴承钢，较好的技术方案是，各组分重量百分含量为：

C：0.30～0.40％；Cr：14.00～17.00％；W：0.50～3.00％；Mo≤0.80％；Ni≤3.00％；Co≤0.50％；Cu≤0.20％；N：0.15～0.35％；Si≤1.00％；Mn≤1.00％；S≤0.02％；P≤0.03％；余量为Fe。

上述组分中Cr+W+Mo为15～18％，以保证钢的抗蚀、耐温及高硬度性能；Ni+Co+Cu+Mn≤1.0％，保障钢的退火及淬回火硬度性能。

含氮不锈轴承钢的制备方法，有以下步骤：

1)真空感应炉熔炼

按照上述的配比将Fe、Cr、W放入真空感应炉中1550～1650℃高温精炼20～40分钟，再加入C熔化后，氮气保护下加入FeCrN，1480～1550℃相对低温精炼10～20分钟后，浇铸成电渣电极棒；

2)电渣重熔