一种不锈轴承钢及其制备方法与流程

本发明涉及轴承钢技术领域，具体涉及一种不锈轴承钢及其制备方法。

背景技术

轴承是在机械传动过程中起固定传动轴和减小传动轴与轴座之间载荷摩擦系数的部件。由于轴承多数是在高负荷、高转速和高灵敏度条件下工作，所以对疲劳性能和耐磨性要求极高。

不锈轴承钢是用来制造在腐蚀性介质中工作的轴承的一类钢，其不仅具有较高的疲劳性能和耐磨性能，还具有良好的耐蚀性，被广泛地应用于化工机械、石油机械、海洋船舶、原子能反应堆等使用工况恶劣的设备中。

但是，不锈轴承钢属于含有高碳高铬的莱氏体钢，具有较高质量分数的碳和铬，冶炼凝固过程中不可避免地出现粗大的共晶碳化物，且很难通过后期的热处理将这些粗大碳化物消除或细化，这些粗大的共晶碳化物严重影响轴承表面的加工精度，增大轴承工作的噪音，同时应力集中容易导致不锈轴承钢表面疲劳剥落，严重损害轴承的使用寿命。

为此，相关技术人员在不锈轴承钢中添加氮元素，获得高氮不锈钢，以调控不锈轴承钢的微观组织，实现碳化物和晶粒的双重细化，并通过固溶强化、晶界强化、加工硬化及析出强化，以提高含氮钢的抗拉强度与屈服强度，同时不损害钢的韧性，且高硬度与均匀分布的碳化物使其具有良好的耐磨与耐蚀性能，因此，高氮不锈轴承钢成为世界各国的研究重点。

然而，由于冶炼技术的限制，高氮不锈轴承钢冶炼工艺复杂，而且对加压设备与冶炼技术的要求较高，直接导致不锈轴承钢的成本居高不下。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不锈轴承钢及其制备方法，用以解决现有高氮不锈轴承钢成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种不锈轴承钢，所述不锈轴承钢以重量计的组分为c为0.5～1.2％，n为0.2～1.2％，cr为16～20％，si为0.2～1.2％，mn为0.3～1.5％，v为0.2～3.6％，其余为fe；所述不锈轴承钢是通过合金粉末在分解氨气氛中烧结而成，所述不锈轴承钢在烧结过程中析出氮化钒。

另外，本发明还提供一种不锈轴承钢的制备方法，所述不锈轴承钢的制备方法包括步骤：合金粉末成型的生坯在分解氨气氛中烧结，在烧结过程中形成氮化钒。

其中，所述不锈轴承钢的制备方法包括以下步骤：

步骤s1，将合金粉末在模具中压制成生坯，合金粉末以重量计的组分为：c为0.5～1.2％，n为0.2～1.2％，cr为16～20％，si为0.2～1.2％，mn为0.3～1.5％，v为0.2～3.6％，其余为fe；

步骤s2，将生坯在分解氨气氛中烧结获得烧结坯；

步骤s3，对烧结坯进行热处理。

其中，在步骤s1中，所述合金粉末的粒度小于60μm。

其中，在步骤s1中，将所述合金粉末在100～800mpa压力下压制成型。

其中，在步骤s2中，烧结温度为1100～1280℃，烧结保温时间1～5小时。

其中，在步骤s2中，烧结完成后烧结坯随炉冷却至室温。

其中，在步骤s3中，烧结坯在950～1100℃进行奥氏体化，然后淬火，再在200～350℃下回火。

本发明具有如下优点：

本发明提供的不锈轴承钢，采用粉末冶金工艺制备，通过合金粉末烧结过程中通入分解氨气，在分解氨气氛中烧结合金粉末获得高含氮量的不锈轴承钢，相对于直接冶炼高氮不锈轴承钢而言，可以使n的含量达到0.2～1.2％，显著降低了冶炼难度和成本。另外，该不锈轴承钢中v的含量达到0.2～3.6％，在烧结过程中析出氮化钒，既细化晶粒又提高疲劳性能。

说明书附图

图1为本发明实施提供的不锈轴承钢的制备方法获得的不锈轴承钢的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

本实施例提供一种不锈轴承钢。不锈轴承钢以重量计的组分为c为0.5～1.2％，n为0.2～1.2％，cr为16～20％，si为0.2～1.2％，mn为0.3～1.5％，v为0.2～3.6％，其余为fe；所述不锈轴承钢是通过合金粉末在分解氨气氛中烧结而成，所述不锈轴承钢在烧结过程中析出氮化钒。

本实施例提供的不锈轴承钢，采用粉末冶金工艺制备，通过合金粉末烧结过程中通入分解氨气，在分解氨气氛中烧结合金粉末获得高含氮量的不锈轴承钢，显著降低了冶炼难度和成本，相对于直接冶炼高氮不锈轴承钢而言，可以使n的含量达到0.2～1.2％。另外，该不锈轴承钢中v的含量达到0.2～3.6％，在烧结过程中析出氮化钒，既细化晶粒又提高疲劳性能。

实施例2

本实施例提供一种不锈轴承钢的制备方法。不锈轴承钢的制备方法包括以下步骤：

步骤s1，将合金粉末在模具中压制成生坯。

合金粉末是通过粉末冶金气雾化工艺获得，合金粉末的粒度小于60μm。另外，在制粉之前的冶炼工艺中，冶炼钢水中氧含量小于15ppm。

合金粉末以重量计的组分为：c为0.5％，n为0.6％，cr为18％，si为0.3％，mn为0.5％，v为1.2％，其余为fe。

生坯通过压制成型，压制压力为200mpa。

步骤s2，将生坯在分解氨气氛中烧结获得烧结坯。

生坯是在分解氨气氛中进行烧结，烧结的温度为1200℃，烧结保温时间2小时。待烧结完成后，随炉冷却至室温。

步骤s3，对烧结坯进行热处理。

在获得烧结坯后，对烧结坯进行热处理。热处理工艺包括在1000℃的温度下奥氏体化，然后进行油淬，最后在200℃下进行回火。

实施例3

本实施例提供一种不锈轴承钢的制备方法。不锈轴承钢的制备方法包括以下步骤：

步骤s1，将合金粉末在模具中压制成生坯。

合金粉末是通过粉末冶金气雾化工艺获得，合金粉末的粒度小于60μm。另外，在制粉之前的冶炼工艺中，冶炼钢水中氧含量小于15ppm。

合金粉末以重量计的组分为：c为0.6％，n为0.4％，cr为18.5％，si为0.5％，mn为0.6％，v为0.8％，其余为fe。

生坯通过压制成型，压制压力为500mpa。

步骤s2，将生坯在分解氨气氛中烧结获得烧结坯。

生坯是在分解氨气氛中进行烧结，烧结的温度为1180℃，烧结保温时间4小时。待烧结完成后，随炉冷却至室温。

步骤s3，对烧结坯进行热处理。

在获得烧结坯后，对烧结坯进行热处理。热处理工艺包括在1050℃的温度下奥氏体化，然后进行油淬，最后在250℃下进行回火。

实施例4

本实施例提供一种不锈轴承钢的制备方法。不锈轴承钢的制备方法包括以下步骤：

步骤s1，将合金粉末在模具中压制成生坯。

合金粉末是通过粉末冶金气雾化工艺获得，合金粉末的粒度小于60μm。另外，在制粉之前的冶炼工艺中，冶炼钢水中氧含量小于15ppm。

合金粉末以重量计的组分为：c为0.8％，n为0.2％，cr为19％，si为0.4％，mn为0.4％，v为0.5％，其余为fe。

生坯通过压制成型，压制压力为800mpa。

步骤s2，在分解氨气氛中烧结获得烧结坯。

生坯是在分解氨气氛中进行烧结，烧结的温度为1150℃，烧结保温时间3小时。待烧结完成后，随炉冷却至室温。

步骤s3，对烧结坯进行热处理。

在获得烧结坯后，对烧结坯进行热处理。热处理工艺包括在1020℃的温度下奥氏体化，然后进行油淬，最后在300℃下进行回火。

实施例5

本实施例提供一种不锈轴承钢的制备方法。不锈轴承钢的制备方法包括以下步骤：

步骤s1，将合金粉末在模具中压制成生坯。

合金粉末是通过粉末冶金气雾化工艺获得，合金粉末的粒度小于60μm。另外，在制粉之前的冶炼工艺中，冶炼钢水中氧含量小于15ppm。

合金粉末以重量计的组分为：c为1.0％，n为0.8％，cr为19.5％，si为0.8％，mn为0.8％，v为1.2％，其余为fe。

生坯通过等静压成型工艺获得，等静压压制压力为200mpa。

步骤s2，在分解氨气氛中烧结获得烧结坯。

生坯是在分解氨气氛中进行烧结，烧结的温度为1200℃，烧结保温时间1小时。待烧结完成后，随炉冷却至室温。

步骤s3，对烧结坯进行热处理。

在获得烧结坯后，对烧结坯进行热处理。热处理工艺包括在980℃的温度下奥氏体化，然后进行油淬，最后在280℃下进行回火。

实施例6

本实施例提供一种不锈轴承钢的制备方法。不锈轴承钢的制备方法包括以下步骤：

步骤s1，将合金粉末在模具中压制成生坯。

合金粉末是通过粉末冶金气雾化工艺获得，合金粉末的粒度小于60μm。另外，在制粉之前的冶炼工艺中，冶炼钢水中氧含量小于15ppm。

合金粉末以重量计的组分为：c为0.8％，n为1.1％，cr为19.5％，si为0.6％，mn为0.3％，v为3.0％，其余为fe。

生坯通过等静压成型工艺获得，等静压压制压力为220mpa。

步骤s2，将生坯在分解氨气氛中烧结获得烧结坯。

生坯是在分解氨气氛中进行烧结，烧结的温度为1220℃，烧结保温时间3.5小时。待烧结完成后，随炉冷却至室温。

步骤s3，对烧结坯进行热处理。

在获得烧结坯后，对烧结坯进行热处理。热处理工艺包括在1060℃的温度下奥氏体化，然后进行油淬，最后在320℃下进行回火。

通过实施例2至实施例6获得的不锈轴承钢在室温下进行力学性能测试，力学性能包括抗拉强度和硬度，详见表1。

表1为在室温下的力学性能测试结果

上述各实施例提供的不锈轴承钢的制备方法，由于通过合金粉末在分解氨气氛中烧结获得高含氮量的不锈轴承钢，相对于直接冶炼高氮不锈轴承钢而言，可以使n的含量达到0.2～1.2％，显著降低了冶炼难度和成本。另外，该不锈轴承钢中v的含量达到0.2～3.6％，而且在烧结过程中析出氮化钒，既细化晶粒又提高疲劳性能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。