一种高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢及其制备方法，属于合金钢技术领域。该轴承钢的化学成分重量％为：C：0.65％～1.25％，Cr：13.00％～20.00％，Mo：0.15～4.50％，N：0.05～0.50％，V：0.03～1.20％，Nb≤0.1％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，其余为Fe及不可避免的不纯物，并且Ti≤0.0020％，Al：≤0.008％，P≤0.010％，S≤0.008％，Cu≤0.25％，Ni≤0.30％，Ca≤0.001％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，其中0.8％≤C+N≤1.50％。本发明专利技术系列化高氮轴承钢表面硬度可以达到62HRC以上、耐蚀性能比传统高碳高铬轴承钢高出50倍以上、最高使用温度可达350℃，传统高碳高铬轴承钢疲劳寿命L10的10倍左右。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金钢
，特别是提供了一种高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢及其制备方法，适用于轴承领域用的耐高温、耐腐蚀、高硬度、高耐磨和长寿命的高氮马氏体不锈轴承钢及制备方法。
技术介绍
随着轴承承载能力、旋转速度、使用寿命和可靠性的增加，特别是航空航天、精密机床、核动力和石油钻井等领域使用轴承，要具有更高承载能力、耐温、耐蚀、耐磨、低噪音和超长接触疲劳寿命等性能，对轴承内外圈及滚动体用钢提出了比传统不锈轴承钢的组织结构和性能控制更加严格的要求。传统不锈轴承钢主要是高碳高铬轴承钢G95Cr18或G102Cr18Mo。该钢经淬火和低温回火(150～200℃)后，具有较高的硬度(58～61HRC)、较高耐磨性和在一般腐蚀条件下具有良好的耐蚀性。但是高碳高铬具有自身先天缺点：(1)组织结构中存在粗大共晶碳化物：由于高碳高铬轴承钢G95Cr18或G102Cr18Mo中含有高的碳和铬含量，首先不可避免的在凝固过程中生成尺寸达到25微米以上的大块共晶碳化物，其危害程度远远超过轴承钢中夹杂物的影响，所以高碳高铬轴承钢中的碳化物超越夹杂物成为控制轴承钢接触疲劳寿命的关键因素。其次在轴承加工制造和应用过程中，这种粗大碳化物不仅会引起轴承钢表面裂纹等表面加工缺陷、加工精度和机加工效率，而且会引起使用过程中的较高的噪音与发热，从而限制了不锈轴承在高转速条件下的使用，也会使轴承钢表层的应力集中和裂纹形核并扩展，从而导致轴承钢的表面起裂和剥落，成为造成不锈轴承失效的主要因素。(2)耐温和耐蚀性能不足：对于轴承钢而言，轴承钢表面硬度是保证轴承钢疲劳寿命和耐磨性的关键力学性能指标，需要在一定的温度下保证轴承表面硬度高于58HRC。而高碳高铬轴承钢G95Cr18或G102Cr18Mo在200℃以上高温回火后硬度小于58HRC，因此无法满足航空航天、高速精密机床、核动力及石油钻井等轴承对长时间或短暂时间内对高温(200℃以上)应用要求。目前美国Latrabe公司开发的轴承钢使用温度已经达到了500℃,远远超过了传统高碳高铬轴承钢的使用温度。另外G95Cr18(G102Cr18Mo)钢在氯离子存在的环境下，其耐蚀性也达不到航空航天、海洋装备、核动力以及石油钻井等条件下石油轴承的要求，为此国外开发了耐蚀性能比传统高碳高铬轴承钢高出近100倍室温高氮不锈轴承钢Cronidur30(含氮超过0.05％即可称为高氮不锈钢)。(3)表面硬度有待进一步提高：传统高碳高铬轴承钢淬火和回火后的室温硬度一般在58～60HRC，已经不能满足现代超长寿命轴承对轴承钢表面62-65HRC超高硬度要求。为了提高轴承钢表面硬度，国内外开发了多种渗碳轴承钢和全淬透轴承钢的表面超硬化热处理工艺，实现了轴承钢表面硬度可以稳定达到62HRC以上。因此开发表面超高硬度高碳高铬轴承钢和表面超硬化热处理工艺也成为未来轴承钢材料设计的一个重要方向。为了克服传统高碳高铬轴承钢G95Cr18或G102Cr18Mo的以上缺陷，国内外进行了大量新型不锈轴承钢的改进和新型合金化的研发工作。(1)降碳降铬合金化研究：为了减少大块共晶碳化物的影响，国内外开发了一系列降碳、降铬的不锈轴承钢，如降低传统高碳高铬轴承钢中的碳含量以减少大块碳化物，并取得了一定的进展。如中国研发钢种G65Cr14Mo(GB/T 3086)、美国DD400和日本7Cr13等，主要化学成分是：C：0.45～0.90％；Cr：13.00～18.00％；Mo:0～1.20％及V:0.2～0.6％。即通过降碳降铬，使钢中共晶碳化物虽得到明显改善，静音效果提高。但由于其硬度和耐蚀性能与G95Cr18(G102Cr18Mo)相当，同样不适合在高温下和苛刻腐蚀环境中使用。(2)提高耐温耐蚀性能研究：为了满足高温腐蚀环境下的使用要求，国内外也开发了许多全淬透高温不锈轴承钢和渗碳高温不锈轴承钢等，耐热温度达到300℃以上，如BG42等全淬透高碳高铬高温不锈轴承钢，耐温达到480℃。此类钢的成分特点是添加高C、高Cr、Mo、W、Co、V等合金元素，达到耐高温、耐磨及耐蚀等目的。BG42的主要化学成分为：C：1.10～1.20％；Cr：14.00～15.00％；Mo：3.75～4.25％；V：1.10～1.30％。BG42经淬火和高温回火后的硬度达到62HRC以上，其硬度、耐蚀、耐磨、耐氧化和抗回火软化性能均优于9Cr18(9Cr18Mo)钢。但是由于其碳含量和合金元素较高，热加工性能较差，钢中也存在粗大共晶碳化物，影响接触疲劳等性能。另外还有表面渗碳型型高温不锈轴承钢，如CSS-42L型的高温不锈渗碳轴承钢钢种。此类钢的成分特点是采用低C、高Cr、Ni、Mo、W、Co、V、Nb等合金元素，经表面渗碳或碳氮共渗热处理后，达到表面高硬度、耐磨、心部高韧性，以及耐高温及耐蚀等目的。CSS-42L的主要化学成分为：C：0.10～0.25％；Cr：13.00～16.00％；Ni：1.75～2.75％；Co：11.00～14.00％；Mo：3.00～5.00％；V：0.40～0.80％；Nb：0.01～0.05。该钢经渗碳淬火和500℃高温回火后的表面硬度达到65HRC以上，500℃下表面高温硬度大于58HRC，耐蚀、耐磨和接触疲劳性能等均优于G95Cr18(G102Cr18Mo)。但此类钢工艺复杂、成本高、而且对于一些薄壁或球形零部件(滚珠)难以渗碳，因此无法满足要求。鉴于传统的高碳高铬不锈轴承用钢很难满足更高的技术需求和苛刻的工作环境，人们开始致力于研究和开发新型轴承用钢铁材料。国内外近年来开发了一系列高耐蚀的高氮不锈轴承钢，如Cronidur30高氮轴承钢。此类钢是在中低碳(C0.00～0.65％)马氏体不锈钢的基础上加入一定0.10～0.50％的氮，从而获得较高的硬度和耐蚀、耐温等性能。其中典型钢种有欧洲的Cronidur15、Cronidur20和Cronidur30，这些钢需要采用加压电渣炉冶炼，其化学成分为C：0.10～0.40％、Cr：14.50～16.00％、Mo：0.95～1.10％、N：0.35～0.44％，要求钢中C+N为0.6～0.8％，热处理后硬度达到58-60HRC，具有耐温性能达到300℃。同时由于高氮轴承钢中高的N含量，轴承钢的组织均匀细小，静音性能优良，耐蚀性能也优异。另外美国的440N-DURTM，也是高氮不锈钢，含有15.00％Cr不锈钢，并添加C、N、Mo等元素，典型化学成分为C：0.58％；Cr：15％；Mo：0.5％；N：0.17％。经淬火低温回火后硬度大于60HRC，450℃高温回火后硬度仍可大于58HRC。440N-DURTM钢的碳化物尺寸分布、耐蚀性能和热处理性能优于G95Cr18(G102Cr18Mo)。研究结果表明，高氮不锈钢是一种集碳化物充分细化、耐高温、高强度、高耐腐蚀能力、优异耐磨性、良好韧性及加工性能于一体的优质轴承钢，但上述欧洲与美国公司研发的几种高氮不锈轴承钢存在一个缺点就是表面硬度仅仅在58-60HRC，表面硬度偏低，耐磨性不足，无法满足长寿命轴承的高载荷、高转速和超长接触疲劳寿命的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢及其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢，其特征在于，化学成分重量百分数设计如下：C：0.65％～1.25％，Cr：13.00％～20.00％，Mo：0.15～4.50％，N：0.05～0.50％，V：0.03～1.20％，Nb≤0.1％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，余为Fe及不可避免的不纯物。
【技术特征摘要】
1.一种高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢，其特征在于，化学成分重量百分数设计如下：C：0.65％～1.25％，Cr：13.00％～20.00％，Mo：0.15～4.50％，N：0.05～0.50％，V：0.03～1.20％，Nb≤0.1％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，余为Fe及不可避免的不纯物。2.一种权利要求1所述的高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢的制备方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：(1)原材料精选及成分配比：选择杂质元素低的含Fe、Cr、Mo、V、Nb、C、N的合金或金属原材料，按照化学成分重量百分数设计如下：C：0.65％～1.25％，Cr：13.00％～20.00％，Mo：0.15～4.50％，N：0.05～0.50％，V：0.03～1.20％，Nb≤0.1％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，余为Fe及不可避免的不纯物进行配比；(2)冶炼及浇注：当N含量在0.05-0.25％时采用常压感应冶炼，而N...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹文全，徐海峰，俞峰，许达，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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