一种高硬度无磁轴承用镍基合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高硬度无磁轴承用镍基合金及其制备方法，其中高硬度无磁轴承用镍基合金包括按重量百分比计的如下化学成分：C：≤0.030％、Si≤0.15％、Mn≤0.15％、S≤0.20％、P≤0.20％、Cr：30.0～48.0％、Al：1.0～6.0％、Ti：1.0～3.0％、Fe≤0.50％、N≤0.008％，余量为镍和不可避免地杂质。本发明专利技术通过优化合金成分，采用真空感应、真空自耗、锻造和轧制工艺，获得具有稳定的奥氏体组织的高硬度无磁轴承用镍基合金，其力学性能、耐腐蚀性能以及抗磁化性能优于一般的轴承钢，不仅能满足军舰用轴承的使用需求，也为今后我国镍基高温合金多元化发展奠定基础。化发展奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度无磁轴承用镍基合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镍基合金
，更具体地说，涉及一种高硬度无磁轴承用镍基合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]轴承是一种在复杂环境中服役的构件，其复杂环境包括拉压交变应力、剪切应力、冲击应力、高温、低温、磨损以及腐蚀介质等；随着经济和科学技术的快速发展，高端装备制造业对轴承材料的要求越来越高，无磁轴承钢就是其中一种；无磁轴承钢除了具备一般轴承钢所需的高硬度、耐磨性能，还要具备无磁性能。目前军舰用轴承就是采用无磁材料来制作，这是因为舰船长期在海面漂浮受地球磁场影响，一般的轴承钢会被磁化导致磁导率上升，进而影响舰船动力驱动系统的正常运转以及导向系统的灵敏度。一般的轴承钢中Mn和Ni元素含量较少，因此淬火
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回火热处理后得到马氏体组织，从而此致钢的磁导率上升，无磁性能消失。传统上无磁轴承多采用铍青铜QBe2.0、1Cr18Ni9Ti不锈钢以及其它的无磁材料来制作；其中铍青铜QBe2.0是含1.9～2.2％Be的铜合金，合金虽然具备无磁性能，但是经过最终热处理后硬度只有HRC37～42；1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢本身也具备无磁性能，其最高硬度只有HRC26；高锰钢虽然也具备无磁性能，常用的高锰钢为Mn13(Mn含量12～14％)，其最高硬度只有HRC29，通过冷作硬化使得奥氏体向马氏体转变提高硬度，但是磁导率也随之提高。
[0003]中国专利CN1888116 A提出了一种高硬度高耐磨无磁轴承钢及其制备方法，其成分控制见下表1。该技术采用电弧冶炼+电渣重熔工艺，浇注成钢锭，经过适当的热处理可以获得高耐磨无磁轴承钢；但是该专利技术所涉及的钢属于高Mn钢，钢中Cr含量较少，在高盐高湿的海洋环境下不具备耐腐蚀性能，因此不适合用于制作军舰用轴承。
[0004]中国专利CN1831165 A提出了一种高硬度无磁合金，该合金中含有大量的Ni、Cr元素，经过适当的热处理，合金的硬度、耐蚀性大大提高，抗磁化性能好；但是此合金只采用真空感应冶炼，并未有后续的重熔工艺，钢锭的冶金质量无法与双联冶炼工艺相媲美。
[0005]表1专利中合金成分(wt％)
[0006] CMnSiCrVWNiCN1888116A0.60
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0.8017.0
‑
19.00.5
‑
1.03.5
‑
4.51.5
‑
2.50.4
‑
1.0/CN1831165A≤0.1≤2.0≤2.030
‑
45//余 MoNAlTiSPFeCN1888116A0.4
‑
1.0≤0.12////余CN1831165A//1.5
‑
5.0/≤0.01≤0.03/
[0007]鉴于上述情况，亟待研发一种高硬度无磁轴承合金，寻求一种合理的制备方法，既能确保轴承钢的稳定化生产，又能使其性能满足军舰用轴承的设计要求。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种高硬度无磁轴承用镍基合金及其制备方法，通过优化合金成分，采用双真空工艺(真空感应+真空自耗)、适当的锻造和轧制工艺，获得高硬度无磁轴承用镍基合金，该高硬度无磁轴承用镍基合金具有稳定的奥氏体组织，其力学性能、耐腐蚀性能以及抗磁化性能等综合性能优于一般的轴承钢，不仅能满足军舰用轴承的使用需求，也为今后我国镍基高温合金多元化发展奠定基础。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术第一方面提供了一种高硬度无磁轴承用镍基合金，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：≤0.030％、Si≤0.15％、Mn≤0.15％、S≤0.20％、P≤0.20％、Cr：30.0～48.0％、Al：1.0～6.0％、Ti：1.0～3.0％、Fe≤0.50％、N≤0.008％，余量为镍和不可避免地杂质。
[0011]优选地，所述高硬度无磁轴承用镍基合金的化学成分中，Cr：35.0～48.0wt％。
[0012]优选地，所述高硬度无磁轴承用镍基合金的硬度＞42HRC，抗拉强度≥1390MPa，导磁率为≤1.0006高斯/奥斯特。
[0013]本专利技术第二方面提供了一种如本专利技术第一方面所述的高硬度无磁轴承用镍基合金的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1，真空感应炉冶炼，加入主料金属Ni，抽真空至2.7Pa以下，升功率进行化料，待金属Ni熔清后继续冶炼30～50min，将N含量控制在60ppm以内，然后加入主料金属Cr，升功率进行精炼，待金属Cr熔清后检测N含量，当N含量≤50ppm时，加入合金化元素Al、Ti进行合金化冶炼，之后对钢液的成分分析，当合金成分达到目标成分要求后，出钢、浇注电极；
[0015]S2，真空自耗冶炼，将所述电极进行表面清理后进行真空自耗冶炼得到自耗锭，所述真空自耗冶炼结束120min后将自耗锭热送退火；
[0016]S3，锻造，将所述自耗锭精整后，送入加热炉进行加热处理，然后利用快锻机对所述自耗锭进行快锻处理获得八角坯，随后将所述八角坯进行回炉加热处理，出炉后进行径锻处理得到方坯；
[0017]S4，热轧，将所述方坯进行加热处理，然后采用一火成材的轧制工艺获得棒材；
[0018]S5，热处理，将所述棒材进行固溶处理和时效热处理，最终获得所述高硬度无磁轴承用镍基合金。
[0019]优选地，所述步骤S1：
[0020]所述化料过程中，功率为300～600kw；和/或
[0021]所述精炼过程中，功率为600～800kw，温度为1430～1480℃，精炼时间为30～60min；和/或
[0022]所述合金化冶炼过程中，功率为200～600kw，温度为1450～1465℃，出钢温度≥1420℃。
[0023]优选地，所述步骤S2中：
[0024]所述真空自耗冶炼过程中，熔速为2.0～3.5kg/min；和/或
[0025]所述真空自耗冶炼结束后，所述自耗锭表面的温度≥500℃。
[0026]优选地，所述步骤S3中：
[0027]所述加热处理中，将所述自耗锭从580～620℃加热至1130～1170℃，加热时间≥
16h；和/或
[0028]所述快锻过程中，采用两镦两拔工艺将所述自耗锭镦粗至原高度的1/2～2/3，然后经多火次锻造得到200mm～230mm的八角坯；和/或
[0029]所述回炉加热处理中，加热温度为1120～1200℃，保温时间≥4h；和/或
[0030]所述径锻处理过程中，开锻温度≥1050℃，停锻温度≥950℃。
[0031]优选地，所述步骤S4中，所述加热处理中，将所述方坯加热至1150～1220℃，保温时间≥3h。
[0032]优选地，所述步骤S5中：
[0033]所述固溶处理过程中，将棒材在1160～1200℃进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度无磁轴承用镍基合金，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：C：≤0.030％、Si≤0.15％、Mn≤0.15％、S≤0.20％、P≤0.20％、Cr：30.0～48.0％、Al：1.0～6.0％、Ti：1.0～3.0％、Fe≤0.50％、N≤0.008％，余量为镍和不可避免地杂质。2.根据权利要求1所述的高硬度无磁轴承用镍基合金，其特征在于，所述高硬度无磁轴承用镍基合金的化学成分中，Cr：35.0～48.0wt％。3.根据权利要求1所述的高硬度无磁轴承用镍基合金，其特征在于，所述高硬度无磁轴承用镍基合金的硬度＞42HRC，抗拉强度≥1390MPa，导磁率为≤1.0006高斯/奥斯特。4.一种如权利要求1～3任一项所述的高硬度无磁轴承用镍基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，真空感应炉冶炼，加入主料金属Ni，抽真空至2.7Pa以下，升功率进行化料，待金属Ni熔清后继续冶炼30～50min，将N含量控制在60ppm以内，然后加入主料金属Cr，升功率进行精炼，待金属Cr熔清后检测N含量，当N含量≤50ppm时，加入合金化元素Al、Ti进行合金化冶炼，之后对钢液的成分分析，当合金成分达到目标成分要求后，出钢、浇注电极；S2，真空自耗冶炼，将所述电极进行表面清理后进行真空自耗冶炼得到自耗锭，所述真空自耗冶炼结束120min后将自耗锭热送退火；S3，锻造，将所述自耗锭精整后，送入加热炉进行加热处理，然后利用快锻机对所述自耗锭进行快锻处理获得八角坯，随后将所述八角坯进行回炉加热处理，出炉后进行径锻处理得到方坯；S4，热轧，将所述方坯进行加热处理，然后采用一火成材的轧制工艺获得棒材；S5，热处理，将所述棒材进行固溶处理和时效热处理，最终获...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏浩，石磊，张健英，胡仁民，杨庆，田沛玉，马天军，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：