本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种特种轴承钢及其制造方法。
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：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，耐腐蚀、耐高温轴承钢主要有：Cr14Mo4系列、Cr4Mo4V系列、高速钢系列、1Cr14Co13Mo5Ni2V系列、1Cr1Ni2Mo6V1Nb系列、9Cr18系列、7Cr14Mo系列、3Cr16MoN系列、0Cr40Ni55Al3系列、1Cr23Ni28Mo5Ti3AlV系列等，各有优缺点，可满足不同工况的使用要求。但是，随着科学的进步和机械工业的发展，对轴承钢的耐腐蚀、耐高温、耐磨损性能以及恶劣润滑条件下使用寿命提出了新的要求。目前国内外大量的业内人员对轴承钢开展广泛的研究和生产，主要有电炉+炉外精炼(真空脱气)、真空感应熔炼、电渣重熔、真空自耗重熔等方法冶炼。然而，目前已有的轴承钢不能同时兼具耐温性能好、耐蚀性能、耐磨性能，不能适应具有较强腐蚀、温度高、润滑等恶劣工况。技术实现要素：本发明的目的是提供一种特种轴承钢及其制造方法，该轴承钢为含氮马氏体高温不锈轴承钢，其耐蚀性能强、耐温性能好、耐磨性能高，作为轴及轴承可以服役于使用工况恶劣的宇航、海洋、风电、铁路、石化、矿山、食品、造纸、智能等领域。本发明所述轴承钢，C、N、Cr、Mo等合金元素含量高，保证其良好的耐蚀性能、耐温性能、耐磨性能。本发明所述特种轴承钢，各组分重量百分含量为：C：0.3～0.7％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.4～1.0％、Cr：14.0～17.0％、Mo：1.2～4.5％、N：0.1～0.5％；添加元素Ni≤3.0％、Co≤3.0％、W≤1.0％、V≤0.2％中的一种或几种，其根据产品性能的需要添加；不可避免的杂质元素，O≤0.003％、S≤0.01％、P≤0.02％；余量为Fe。较好的技术方案是本发明所述特种轴承钢各组分重量百分含量为：C：0.45～0.7％、Si：0.3～0.4％、Mn：0.6～0.8％、Cr：14.5～15.0％、Mo：2.0～4.0％、N：0.35～0.5％；添加元素Ni≤3.0％、Co≤3.0％、W≤1.0％、V≤0.2％中的一种或几种，不可避免的杂质元素，O≤0.003％、S≤0.01％、P≤0.02％；余量为Fe。所述组分中Cr+W+Mo为15～20％，C+N为0.5～1.0％。上述特种轴承钢的制造方法，有以下步骤：1)真空感应熔炼按照上述的配比将Fe、Cr、Mo和Co、Ni、W、V放入真空感应熔炼炉中熔化后，真空度≤10Pa、温度1550～1650℃，精炼20～40分钟；充入氮气，加入C、Si、Mn，全部熔化后抽真空，真空度≤5Pa、温度1550～1600℃，精炼15～30分钟；然后充入氮气，加入FeCrN，1480～1550℃，精炼10～20分钟后，浇铸成电极棒；2)电渣重熔取渣料CaF2、Al2O3、CaO及MgO，将渣料加热至熔融状，去除步骤1)所得电极棒表面氧化皮等缺陷，熔融状的渣料倒入电渣炉结晶器中，电极棒缓慢下降并插入熔融渣料中，调整重熔电流、电压，保证重熔过程稳定，缓慢熔化电极棒，熔化的钢液穿过熔融渣层，在结晶器内凝固，得到电渣锭；3)热加工步骤2)所得的电渣锭加热至1100～1220℃，保温1～4h，1080～1220℃高温开坯，墩粗后拔长，得到锻坯；将锻坯加热至1100～1150℃，保温1～2h，锻造或热轧成型，得到热加工成品；4)热处理步骤3)所述的热加工成品球化退火处理，机加工后，经淬火→深冷→回火，得到特种轴承钢。步骤2)所述渣料各组分重量百分含量为：CaF2：65～70％、Al2O3：10～20％、CaO：5～10％，MgO：5～10％。步骤3)所述墩粗的墩粗锻造比为1.5～2。步骤3)所述锻造成型，其总锻造比≥10。步骤4)球化退火后，其热加工材料的硬度为207～255HBW、淬回火后硬度不低于55HRC。步骤4)所述的淬火→深冷→回火的热处理，其各工艺参数为A.退火工艺：800～870℃×4～8h，炉冷；B.淬火工艺：1040～1070℃×0.1～1h，油冷；C.深冷处理：≤-80℃×2～5h空热；D.回火工艺：150～550℃×2～6h，油冷。回火工艺为：耐腐蚀性能和耐磨性能的轴承钢优选150～300℃×2～6h，油冷；耐温性能和耐冲击性能的轴承钢优选300～550℃×2～6h，油冷。本发明所述轴承钢，兼具耐温性能好、耐蚀性能、耐磨性能，能适应具有较强腐蚀、温度高、润滑恶劣等特点的工况。与传统的奥氏体不锈钢及沉淀硬化不锈钢相比，本发明所述轴承钢硬度高、耐磨好；与传统的马氏体不锈轴承钢相比，本发明所述轴承钢耐温性能好、耐腐蚀性能好；与传统的高温轴承钢相比，本发明所述轴承钢加工精度高、耐腐蚀性能好；与高合金材料相比较，本发明所述轴承钢的材料成本较低、耐磨性能好。本发明所述轴承钢的有益效果是：采用C、N、Cr、Mo、Co、W、V等元素的共同合金化，使材料具有优良的耐腐蚀、耐磨损、耐高温性能；采用真空感应熔炼+电渣重熔的双联冶金工艺，提高了钢的纯净度，改善了夹杂物尺寸、数量及分布；锻造开坯过程中进行墩粗+拔长，可强烈的破碎钢中碳化物，改善碳化物的尺寸和均匀性。本发明主要合金元素的作用如下：(1)C：主要的脱氧元素，含量0.3％以上可保证淬回火后的硬度、高温性能和耐磨性，但是含量超过0.7％会增加碳化物不均匀性并导致可加工性能恶化；(2)Si：主要的脱氧元素，提高抗回火性；(3)Mn：主要的脱氧元素，提高N元素的收得率；(4)Cr：含量14％以上可保证材料的硬度、耐磨性能、耐高温性能、耐腐蚀性能、氮元素的收得率，但是含量超过17％会增加碳化物不均匀性并导致可加工性能恶化；(5)Mo：含量2％以上可保证材料的硬度、耐磨性能、耐高温性能、耐腐蚀性能、抗回火性，但是含量超过4％会增加碳化物不均匀性并导致可加工性能恶化；(6)N：提高材料耐腐蚀性能的主要元素，本发明添加0.5％，合金的耐蚀性能较好；(7)Co、Ni可提高材料的耐盐雾腐蚀性能，但含量太高会恶化可加工性能或降低材料的硬度；(8)W、V可提高材料的耐磨性能，但含量太高增加碳化物不均匀性并导致可加工性能恶化；(9)O、P、S是材料中不可避免的有害元素，越低越好。下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。具体实施方式(1)配方成分如下：表1特种轴承钢配方成分wt.％(2)真空熔炼按照表1的配比将Fe、Cr、Mo、Ni、W、Co、V放入500kg真空感应熔炼炉中，熔化后，真空度2Pa左右、温度1600～1630℃，高温精炼30分钟；充入氮气，加入C、Si、Mn，全部熔化后抽真空，真空度1Pa左右、温度1560～1590℃，精炼20分钟；充入氮气，加入FeCrN，温度1490～1520℃，低温精炼20分钟，然后浇铸成Φ160mm电渣电极棒。(2)电渣重熔砂磨去除电渣电极棒表面的氧化皮等缺陷。将重量百分含量为CaF2：Al2O3：CaO：MgO＝70：18：7：5的渣料加热至熔融状态，倒入电渣炉结晶器中，将电极棒缓慢下降并插入熔融渣料中，调整重熔电流、电压，保证重熔过程稳定，缓慢熔化电极棒，熔化钢液滴穿过熔融渣层，在铜结晶器内凝固，电渣锭尺寸为Φ275mm×990mm。特种轴承钢的冶炼成分如表2所示。表2特种轴承钢冶炼成分wt.％元素CSiMnSPCrMoNiCoWVNOFe配方10.560.260.520.0010.00815.12.050.020.010.320.050.190.0025余量配方20.670.360.710.0010.00715.74.080.021.030.010.110.210.0017余量配方30.420.250.660.0010.00814.43.311.552.040.520.010.240.0021余量(3)热加工将电渣锭加热至1180℃，保温2h，用快锻机锻造开坯，先墩粗至约Φ350mm×600mm，然后拔长至Φ100mm×L，下料；将锻坯加热至1140℃，保温1h，用空气锤锻成Φ50mm的棒材，砂冷；(4)热处理热加工完成后，进行球化退火处理，退火工艺为：860℃×6h炉冷，退火硬度为227HBW左右。切成Φ50mm×15mm的圆饼后，进行淬火和深冷处理，淬火工艺为1060℃×0.33h油冷，然后进行深冷处理，深冷处理工艺为-80℃×2h空热，根据不同的性能要求选择不同的回火工艺，典型回火工艺及性能如下：200℃×4h油冷回火后，硬度为60.5HRC；400℃×4h油冷回火后，硬度为60.0HRC；550℃×4h油冷回火后，硬度为58.0HRC；500℃×4h油冷回火后，350℃硬度不低于500HV；500℃×4h油冷回火后，10％盐酸常温下的平均腐蚀速率约为27.9mm/a；500℃×4h油冷回火后，5.0％NaCl溶液168h交替盐雾试验，无明显腐蚀现象。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这都落入本发明要求保护的范围。当前第1页1 2 3