专利名称：一种新型不锈轴承钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种不锈钢，尤其是涉及一种新型不锈轴承钢及其制造方法。
技术背景轴承是典型的通用机械零部件，应用范围几乎涉及整个国民经济和国防领 域。在不同的应用环境中，对轴承材料的性能要求也不同，如在海洋开发、石 油化工等腐蚀性环境下，除了要求材料具有高的机械性能和高的加工性能，还 要求其具有高的耐腐蚀性能，因而产生了不锈轴承钢。目前，大部分的不锈轴承钢都是采用普通不锈钢制造的，使用最多是9Crl8 和9Crl8Mo两个钢种，它们硬度较高，可达HRC60以上，可用于大气、河水、 自来水和弱酸弱盐的水溶液中，但不能长时间用于海洋、石油化工和造纸等腐 蚀性较强的工业环境中。由于这两种钢含碳量较高，在冶炼过程中不可避免地 形成一定量的共晶碳化物，也称一次碳化物，其颗粒粗大，分布不均匀，大部 分分布在晶界上，在加工过程中，共晶碳化物容易从表面剥落，形成凹坑，影 响表面质量和加工精度，且在使用过程中，易在共晶碳化物处造成应力集中而 产生疲劳裂纹源，使轴承的使用寿命受到很大影响。在实际生产中，针对不同 的使用条件采用不同的不锈钢。如在上述的腐蚀性环境下，多采用如304、 316L 等不锈钢，这些不锈钢虽耐腐蚀性能较高，但它们都属于奧氏体不锈钢，硬度 较低，只能满足一部分使用条件的要求。目前也有采用耐蚀性能达到304不锈 钢水平而硬度较高的沉淀硬化不锈钢作为轴承材料，用的最多的是17-4PH和 PH15-7Mo等钢种，这些钢种的硬度大多在HRC45以下，且热处理工艺复杂， 并且也只能满足一部分使用条件的要求。人们针对不同的使用条件己研究出一些新的不锈轴承钢，如公开号为CN 1726295A的文件报道了一个"制造性和耐蚀性优良的轴承钢及其制造方法以及 轴承零部件及其制造方法"，其特征在于，以质量％计，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，且含有满足下式的S: Cr-300O2.0，该轴承钢虽具有良好的加工性 能和耐蚀性能，但其耐蚀性能是在不接触盐和酸、比较温和的腐蚀环境下试验 得出的，这样的耐蚀性能只能用于较弱的腐蚀环境。以上所述的不锈轴承钢虽在一定的环境下得到推广应用，但都存在一定的 局限性，需要研究开发适用范围广的新型不锈轴承钢。发明内容本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优 良的力学性能、耐蚀性能和加工性能的新型不锈轴承钢及其制造方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 一种新型不锈轴承钢，其特 征在于，该轴承钢含有下列组分及含量(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，其余为Fe。所述的微量元素包括Ti、 Nb和/或V。该轴承钢的抗弯强度》3800MPa， HRC》55。一种新型不锈轴承钢的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤-首先将包含以下组分及含量(重量％)的炉料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，其余为Fe，经过非真空感应炉熔炼，电渣重熔，锻造成型， 再经热处理工艺后得到新型不锈轴承钢产品。所述的热处理工艺为将成型钢加热至1010~1050°C，保温0.5~2小时， 水或油冷至室温，然后在150 30(TC下回火2~6小时。与现有技术相比，本发明的新型不锈轴承钢具有优良的力学性能、耐蚀性 能和加工性能，硬度高、耐蚀性能强，适用于海洋、石油、化工、食品、造纸 等中等腐蚀性环境，并且便于制造滚动、滑动等各类轴承。
图1为本发明新型不锈轴承钢的显微组织结构图。
具体实施方式
下面对照附图及具体实施例对本发明作进一步说明。 本发明的新型不锈轴承钢的物理性能如表1所示表1本发明的新型不锈轴承钢的物理性能热膨胀系数导热系数X (w/m.k)弹性模量 GPa30~10010.3730-60 。C1721130~20010.6530~30010.75相变温度30~40010.77aci rc)ac3 (。c)Ms (°c )30~50011.71833卯3196本发明的新型不锈轴承钢的耐蚀性能按国标GB/T101125-1997盐雾试验方 法进行测定，试样在5。/。NaCl水溶液、温度为35土2。C、 pH为6.5~7.2条件下， 进行48小时连续喷雾试验，试验结果表明试样表面无变化，无锈点。本发明的新型不锈轴承钢按照不同的热处理工艺进行试验，所得结果如表 2所示表2本发明的新型不锈轴承钢经不同热处理工艺的硬度热处理工艺硬度(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，本发明的新型不锈轴承钢在热处理淬火温度为1010 1050°C， 淬火后经低温回火处理效果优良，硬度大于HRC55。如图1所示，经上述热处理以后，本发明钢的基体组织为马氏体+弥散分 布的细小碳化物+微量残余奥氏体。本发明的新型不锈轴承钢的主要特点是高硬度和高耐蚀性的相结合，从而 满足在腐蚀环境下的服役轴承性能的要求，而这个特点的关键技术在于化学成 分的设计和热处理工艺的配合。本发明的新型不锈轴承钢为马氏体不锈钢，形成马氏体不锈钢的基本条件 是在淬火温度时，必须形成奥氏体，为此钢中要含有一定量的奥氏体形成元素。 本发明是通过C、 N、 Ni等元素来促成形成奥氏体的。C: C是形成奥氏体的能力最强的有效元素之一，同时也是提高硬度的有 效元素，但要控制适当，太高了，易生成过量的碳化物，对耐蚀性和力学性能 均产生不利影响；太低了，钢的硬度达不到要求。本发明控制(3在0.3% 0.6%。 N-和C一样，N也是形成奥氏体的最强有效元素，还可以提高钢的耐蚀 性能，并能起到固溶强化的作用，提高钢的强度，但也会使炼钢中熔炼、浇铸 工艺复杂，使铸件产生气孔、冒涨等缺陷。本发明控制1^在0.10%~0.30%。 Ni: Ni是形成奥氏体和稳定奥氏体的最佳元素，对马氏体转变点影响最小 (即降低马氏体转变温度点Ms影响最小)，Ni对提高钢的耐蚀性能、力学性 能和热加工性能均有积极的作用，所以Ni是不锈钢中主要元素之一，但Ni资 源短缺，价格较贵，应尽量节约使用。本发明控制Ni在0.50n/。 2.50y。。本发明的新型不锈轴承钢中还含有Cr、 Mo等元素，这两种元素是提高钢 耐蚀性的主要元素，同时也是铁素体形成元素。它和奥氏体形成元素相结合， 便于产生平衡组织。通过调节铁素体形成元素和奥氏体形成元素含量来控制钢 的组织和性能。Cr:不锈钢中都含有Cr， Cr和氧化性介质作用，在钢表面形成一层钝化 膜，起到了保护作用，从而提高了耐蚀性能。不锈钢Cr含量一般均在13%以 上，低了达不到不锈的目的。在马氏体不锈钢中Cr含量太高易出现5铁素体， 又降低马氏体转变点，使钢难以淬硬。本发明控制Cr在14.00% 17.00%。Mo: Mo是提高不锈钢耐蚀性的有效元素。试验证明在不锈钢中同时加入 Cr、 Mo、 N元素，形成的钝化膜耐蚀性能明显提高，尤其是耐点腐蚀性能，更 为明显。但Mo加多了，和Cr一样，易出现S铁素体和降低马氏体转变点，使 钢难以淬硬。本发明控制Mo在1.0%~3.0%。微量元素(Ti、 Nb、 V)的加入可改善优化钢的组织及晶粒度。本发明控 制微量元素《0.50%。实施例1一种新型不锈轴承钢，该轴承钢含有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，其余为Fe;所述的轴承钢的制造方法为将包含上述成分的炉料经过非真空感应炉熔炼，电渣重熔，锻造成型，再经如下热处理工艺在103(TC保温lh，水淬 至室温，再在18(TC保温4h，得到的不锈轴承钢。将得到的不锈轴承钢加工成 柱塞，装于医疗设备的压力缸内，在微生物溶液中使用412小时，柱塞的耐磨
性及耐腐蚀性均满足了产品设计技术要求。在此以前，该柱塞采用以下材料，使用效果不理想1. 采用GCrl5材料喷涂硬质合金，在使用过程中易磨损其他零件。2. 用40Cr材料，表面镀硬铬，但用200多小时发现有脱落情况，使柱塞 急剧损坏。3. 用高速钢SKH51材料制造的柱塞，其耐磨性很好，但极易生锈。4. 采用304、 316等不锈钢材料制造的柱塞，其耐蚀性能尚好，但极易磨损。实施例2一种新型不锈轴承钢，该轴承钢含有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，其余为Fe;所述的轴承 钢的制造方法为将包含上述成分的炉料经非真空感应炉熔炼，电渣重熔，锻 成棒材，软化退火后，粗加工成轴承的内外圈，再经如下热处理工艺在IOIO。C保温lh，油淬后冰冻处理(-3(TC下8h)，再在180'C保温4h，测得硬度为 HRC56。装配后的轴承，在5%NaCl盐雾试验未出现锈蚀，而9Crl8不锈钢轴 承在同样试验条件下，在24小时内就出现锈蚀。 实施例3一种新型不锈轴承钢，该轴承钢含有: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，其余为Fe;所述的轴承 钢的制造方法为将包含上述成分的炉料经过非真空感应炉熔炼，电渣重熔， 锻造成型，再经如下热处理工艺在1050。C保温0.5h，水淬至室温，再在150 。C保温6h，得到不锈轴承钢，测得抗弯强度为3800MPa，硬度为HRC55。实施例4一种新型不锈轴承钢，该轴承钢含有C0.60， Cr 17.00， Ni2.50， Mo3.00， N0.30， Mn0.25， Si0.25， S 0.001， PO.Ol， NbO.lO，其余为Fe;所述的轴承钢的制造方法为将包含上述成分的炉料经过非真空感应炉熔炼，电渣重熔，锻造成型，再经如下热处理工艺在IOI(TC保温2h，油淬至室温，再在300 'C保温2h进行，测得抗弯强度为4000MPa，硬度为HRC57。
权利要求
1.一种新型不锈轴承钢，其特征在于，该轴承钢含有下列组分及含量(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，其余为Fe。
2. 根据权利要求l所述的一种新型不锈轴承钢，其特征在于，所述的微量 元素包括Ti、 Nb和/或V。
3. 根据权利要求l所述的一种新型不锈轴承钢，其特征在于，该轴承钢的 抗弯强度^3800MPa， HRC》55。
4. 一种新型不锈轴承钢的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步 骤首先将包含以下组分及含量(重量％)的炉料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，其余为Fe，经过非真空感应炉熔炼，电渣重熔，锻 造成型，再经热处理工艺后得到新型不锈轴承钢产品。
5. 根据权利要求4所述的一种新型不锈轴承钢的制造方法，其特征在于， 所述的热处理工艺为将成型钢加热至1010~1050°C，保温0.5~2小时，水或 油冷至室温，然后在150 30(TC下回火2 6小时。
全文摘要
本发明涉及一种新型不锈轴承钢及其制造方法，该轴承钢含有下列组分及含量(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，其余为Fe。与现有技术相比，本发明的新型不锈轴承钢具有优良的力学性能、耐蚀性能和加工性能，硬度高、耐蚀性能强，适用于海洋、石油、化工、食品、造纸等中等腐蚀性环境，并且便于制造滚动、滑动等各类轴承。
文档编号C22C38/50GK101117688SQ20071004603
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者徐增华, 沈忠良, 春 薛, 黄春波 申请人:上海材料研究所