專利名稱：一種新型不銹軸承鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼，尤其是涉及一種新型不銹軸承鋼及其制造方法。
技術背景軸承是典型的通用機械零部件，應用范圍幾乎涉及整個國民經濟和國防領 域。在不同的應用環境中，對軸承材料的性能要求也不同，如在海洋開發、石 油化工等腐蝕性環境下，除了要求材料具有高的機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兩個鋼種，它們硬度較高，可達HRC60以上，可用于大氣、河水、 自來水和弱酸弱鹽的水溶液中，但不能長時間用于海洋、石油化工和造紙等腐 蝕性較強的工業環境中。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 響表面質量和加工精度，且在使用過程中，易在共晶碳化物處造成應力集中而 產生疲勞裂紋源，使軸承的使用壽命受到很大影響。在實際生產中，針對不同 的使用條件采用不同的不銹鋼。如在上述的腐蝕性環境下，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，且熱處理工藝復雜， 并且也只能滿足一部分使用條件的要求。人們針對不同的使用條件己研究出一些新的不銹軸承鋼，如公開號為CN 1726295A的文件報道了一個"制造性和耐蝕性優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，以質量％計，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、比較溫和的腐蝕環境下試驗 得出的，這樣的耐蝕性能只能用于較弱的腐蝕環境。以上所述的不銹軸承鋼雖在一定的環境下得到推廣應用，但都存在一定的 局限性，需要研究開發適用范圍廣的新型不銹軸承鋼。發明內容本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有優 良的力學性能、耐蝕性能和加工性能的新型不銹軸承鋼及其制造方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現 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，經過非真空感應爐熔煉，電渣重熔，鍛造成型， 再經熱處理工藝后得到新型不銹軸承鋼產品。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， 水或油冷至室溫，然后在150 30(TC下回火2~6小時。與現有技術相比，本發明的新型不銹軸承鋼具有優良的力學性能、耐蝕性 能和加工性能，硬度高、耐蝕性能強，適用于海洋、石油、化工、食品、造紙 等中等腐蝕性環境，并且便于制造滾動、滑動等各類軸承。
圖1為本發明新型不銹軸承鋼的顯微組織結構圖。
具體實施方式
下面對照附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。 本發明的新型不銹軸承鋼的物理性能如表1所示表1本發明的新型不銹軸承鋼的物理性能熱膨脹系數導熱系數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本發明的新型不銹軸承鋼的耐蝕性能按國標GB/T101125-1997鹽霧試驗方 法進行測定，試樣在5。/。NaCl水溶液、溫度為35土2。C、 pH為6.5~7.2條件下， 進行48小時連續噴霧試驗，試驗結果表明試樣表面無變化，無銹點。本發明的新型不銹軸承鋼按照不同的熱處理工藝進行試驗，所得結果如表 2所示表2本發明的新型不銹軸承鋼經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， 淬火后經低溫回火處理效果優良，硬度大于HRC55。如圖1所示，經上述熱處理以后，本發明鋼的基體組織為馬氏體+彌散分 布的細小碳化物+微量殘余奧氏體。本發明的新型不銹軸承鋼的主要特點是高硬度和高耐蝕性的相結合，從而 滿足在腐蝕環境下的服役軸承性能的要求，而這個特點的關鍵技術在于化學成 分的設計和熱處理工藝的配合。本發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，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的有效元素之一，同時也是提高硬度的有 效元素，但要控制適當，太高了，易生成過量的碳化物，對耐蝕性和力學性能 均產生不利影響；太低了，鋼的硬度達不到要求。本發明控制(3在0.3% 0.6%。 N-和C一樣，N也是形成奧氏體的最強有效元素，還可以提高鋼的耐蝕 性能，并能起到固溶強化的作用，提高鋼的強度，但也會使煉鋼中熔煉、澆鑄 工藝復雜，使鑄件產生氣孔、冒漲等缺陷。本發明控制1^在0.10%~0.30%。 Ni: Ni是形成奧氏體和穩定奧氏體的最佳元素，對馬氏體轉變點影響最小 (即降低馬氏體轉變溫度點Ms影響最小)，Ni對提高鋼的耐蝕性能、力學性 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，價格較貴，應盡量節約使用。本發明控制Ni在0.50n/。 2.50y。。本發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，同時也是鐵素體形成元素。它和奧氏體形成元素相結合， 便于產生平衡組織。通過調節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和氧化性介質作用，在鋼表面形成一層鈍化 膜，起到了保護作用，從而提高了耐蝕性能。不銹鋼Cr含量一般均在13%以 上，低了達不到不銹的目的。在馬氏體不銹鋼中Cr含量太高易出現5鐵素體， 又降低馬氏體轉變點，使鋼難以淬硬。本發明控制Cr在14.00% 17.00%。Mo: Mo是提高不銹鋼耐蝕性的有效元素。試驗證明在不銹鋼中同時加入 Cr、 Mo、 N元素，形成的鈍化膜耐蝕性能明顯提高，尤其是耐點腐蝕性能，更 為明顯。但Mo加多了，和Cr一樣，易出現S鐵素體和降低馬氏體轉變點，使 鋼難以淬硬。本發明控制Mo在1.0%~3.0%。微量元素(Ti、 Nb、 V)的加入可改善優化鋼的組織及晶粒度。本發明控 制微量元素《0.50%。實施例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過非真空感應爐熔煉，電渣重熔，鍛造成型，再經如下熱處理工藝在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，裝于醫療設備的壓力缸內，在微生物溶液中使用412小時，柱塞的耐磨
性及耐腐蝕性均滿足了產品設計技術要求。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多小時發現有脫落情況，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非真空感應爐熔煉，電渣重熔，鍛 成棒材，軟化退火后，粗加工成軸承的內外圈，再經如下熱處理工藝在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鹽霧試驗未出現銹蝕，而9Crl8不銹鋼軸 承在同樣試驗條件下，在24小時內就出現銹蝕。 實施例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過非真空感應爐熔煉，電渣重熔， 鍛造成型，再經如下熱處理工藝在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，測得抗彎強度為3800MPa，硬度為HRC55。實施例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過非真空感應爐熔煉，電渣重熔，鍛造成型，再經如下熱處理工藝在IOI(TC保溫2h，油淬至室溫，再在300 'C保溫2h進行，測得抗彎強度為4000MPa，硬度為HRC57。
權利要求
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. 根據權利要求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. 根據權利要求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，經過非真空感應爐熔煉，電渣重熔，鍛 造成型，再經熱處理工藝后得到新型不銹軸承鋼產品。
5. 根據權利要求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，水或 油冷至室溫，然后在150 30(TC下回火2 6小時。
全文摘要
本發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。與現有技術相比，本發明的新型不銹軸承鋼具有優良的力學性能、耐蝕性能和加工性能，硬度高、耐蝕性能強，適用于海洋、石油、化工、食品、造紙等中等腐蝕性環境，并且便于制造滾動、滑動等各類軸承。
文檔編號C22C38/50GK101117688SQ20071004603
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者徐增華, 沈忠良, 春 薛, 黃春波 申請人:上海材料研究所