本發明涉及一種金屬材料，特別涉及一種特種軸承鋼及其制造方法。
背景技術：
：軸承是各類機械裝備的重要零部件，在國民經濟和國防領域中占有極其重要的地位，軸承材料是軸承的基礎，軸承在不同的服役工況條件下，對軸承材料的要求是不同的。如：高壓、沖擊服役條件下要求材料具有高的力學性能；磨損疲勞服役工況要求材料耐磨抗疲勞；長壽命、高可靠性要求材料具有高均勻性、高加工精度特性；考慮材料的經濟性要求材料成本低、且可加工性強；在宇航、海洋、風電、鐵路、石化、食品、造紙等腐蝕性環境下，不僅要求材料耐蝕不銹，而且更多要求耐壓、耐磨、耐沖擊，更有甚者要求長壽命、高可靠性等，因此，多樣性成為軸承材料目前重點研究發展的方向之一。軸承是各類機械裝備的重要零部件，在國民經濟和國防領域中占有極其重要的地位，軸承材料是軸承的基礎，軸承在不同的服役工況條件下，對軸承材料的要求是不同的。如：高壓、沖擊服役條件下要求材料具有高的力學性能；磨損疲勞服役工況要求材料耐磨抗疲勞；長壽命、高可靠性要求材料具有高均勻性、高加工精度特性；考慮材料的經濟性要求材料成本低、且可加工性強；在宇航、海洋、風電、鐵路、石化、食品、造紙等腐蝕性環境下，不僅要求材料耐蝕不銹，而且更多要求耐壓、耐磨、耐沖擊，更有甚者要求長壽命、高可靠性等，因此，多樣性成為軸承材料目前重點研究發展的方向之一。目前，耐腐蝕、耐高溫軸承鋼主要有：Cr14Mo4系列、Cr4Mo4V系列、高速鋼系列、1Cr14Co13Mo5Ni2V系列、1Cr1Ni2Mo6V1Nb系列、9Cr18系列、7Cr14Mo系列、3Cr16MoN系列、0Cr40Ni55Al3系列、1Cr23Ni28Mo5Ti3AlV系列等，各有優缺點，可滿足不同工況的使用要求。但是，隨著科學的進步和機械工業的發展，對軸承鋼的耐腐蝕、耐高溫、耐磨損性能以及惡劣潤滑條件下使用壽命提出了新的要求。目前國內外大量的業內人員對軸承鋼開展廣泛的研究和生產，主要有電爐+爐外精煉(真空脫氣)、真空感應熔煉、電渣重熔、真空自耗重熔等方法冶煉。然而，目前已有的軸承鋼不能同時兼具耐溫性能好、耐蝕性能、耐磨性能，不能適應具有較強腐蝕、溫度高、潤滑等惡劣工況。技術實現要素：本發明的目的是提供一種特種軸承鋼及其制造方法，該軸承鋼為含氮馬氏體高溫不銹軸承鋼，其耐蝕性能強、耐溫性能好、耐磨性能高，作為軸及軸承可以服役于使用工況惡劣的宇航、海洋、風電、鐵路、石化、礦山、食品、造紙、智能等領域。本發明所述軸承鋼，C、N、Cr、Mo等合金元素含量高，保證其良好的耐蝕性能、耐溫性能、耐磨性能。本發明所述特種軸承鋼，各組分重量百分含量為：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％中的一種或幾種，其根據產品性能的需要添加；不可避免的雜質元素，O≤0.003％、S≤0.01％、P≤0.02％；余量為Fe。較好的技術方案是本發明所述特種軸承鋼各組分重量百分含量為：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％中的一種或幾種，不可避免的雜質元素，O≤0.003％、S≤0.01％、P≤0.02％；余量為Fe。所述組分中Cr+W+Mo為15～20％，C+N為0.5～1.0％。上述特種軸承鋼的制造方法，有以下步驟：1)真空感應熔煉按照上述的配比將Fe、Cr、Mo和Co、Ni、W、V放入真空感應熔煉爐中熔化后，真空度≤10Pa、溫度1550～1650℃，精煉20～40分鐘；充入氮氣，加入C、Si、Mn，全部熔化后抽真空，真空度≤5Pa、溫度1550～1600℃，精煉15～30分鐘；然后充入氮氣，加入FeCrN，1480～1550℃，精煉10～20分鐘后，澆鑄成電極棒；2)電渣重熔取渣料CaF2、Al2O3、CaO及MgO，將渣料加熱至熔融狀，去除步驟1)所得電極棒表面氧化皮等缺陷，熔融狀的渣料倒入電渣爐結晶器中，電極棒緩慢下降并插入熔融渣料中，調整重熔電流、電壓，保證重熔過程穩定，緩慢熔化電極棒，熔化的鋼液穿過熔融渣層，在結晶器內凝固，得到電渣錠；3)熱加工步驟2)所得的電渣錠加熱至1100～1220℃，保溫1～4h，1080～1220℃高溫開坯，墩粗后拔長，得到鍛坯；將鍛坯加熱至1100～1150℃，保溫1～2h，鍛造或熱軋成型，得到熱加工成品；4)熱處理步驟3)所述的熱加工成品球化退火處理，機加工后，經淬火→深冷→回火，得到特種軸承鋼。步驟2)所述渣料各組分重量百分含量為：CaF2：65～70％、Al2O3：10～20％、CaO：5～10％，MgO：5～10％。步驟3)所述墩粗的墩粗鍛造比為1.5～2。步驟3)所述鍛造成型，其總鍛造比≥10。步驟4)球化退火后，其熱加工材料的硬度為207～255HBW、淬回火后硬度不低于55HRC。步驟4)所述的淬火→深冷→回火的熱處理，其各工藝參數為A.退火工藝：800～870℃×4～8h，爐冷；B.淬火工藝：1040～1070℃×0.1～1h，油冷；C.深冷處理：≤-80℃×2～5h空熱；D.回火工藝：150～550℃×2～6h，油冷。回火工藝為：耐腐蝕性能和耐磨性能的軸承鋼優選150～300℃×2～6h，油冷；耐溫性能和耐沖擊性能的軸承鋼優選300～550℃×2～6h，油冷。本發明所述軸承鋼，兼具耐溫性能好、耐蝕性能、耐磨性能，能適應具有較強腐蝕、溫度高、潤滑惡劣等特點的工況。與傳統的奧氏體不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼相比，本發明所述軸承鋼硬度高、耐磨好；與傳統的馬氏體不銹軸承鋼相比，本發明所述軸承鋼耐溫性能好、耐腐蝕性能好；與傳統的高溫軸承鋼相比，本發明所述軸承鋼加工精度高、耐腐蝕性能好；與高合金材料相比較，本發明所述軸承鋼的材料成本較低、耐磨性能好。本發明所述軸承鋼的有益效果是：采用C、N、Cr、Mo、Co、W、V等元素的共同合金化，使材料具有優良的耐腐蝕、耐磨損、耐高溫性能；采用真空感應熔煉+電渣重熔的雙聯冶金工藝，提高了鋼的純凈度，改善了夾雜物尺寸、數量及分布；鍛造開坯過程中進行墩粗+拔長，可強烈的破碎鋼中碳化物，改善碳化物的尺寸和均勻性。本發明主要合金元素的作用如下：(1)C：主要的脫氧元素，含量0.3％以上可保證淬回火后的硬度、高溫性能和耐磨性，但是含量超過0.7％會增加碳化物不均勻性并導致可加工性能惡化；(2)Si：主要的脫氧元素，提高抗回火性；(3)Mn：主要的脫氧元素，提高N元素的收得率；(4)Cr：含量14％以上可保證材料的硬度、耐磨性能、耐高溫性能、耐腐蝕性能、氮元素的收得率，但是含量超過17％會增加碳化物不均勻性并導致可加工性能惡化；(5)Mo：含量2％以上可保證材料的硬度、耐磨性能、耐高溫性能、耐腐蝕性能、抗回火性，但是含量超過4％會增加碳化物不均勻性并導致可加工性能惡化；(6)N：提高材料耐腐蝕性能的主要元素，本發明添加0.5％，合金的耐蝕性能較好；(7)Co、Ni可提高材料的耐鹽霧腐蝕性能，但含量太高會惡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勻性并導致可加工性能惡化；(9)O、P、S是材料中不可避免的有害元素，越低越好。下面結合具體實施方式對本發明作進一步的說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。具體實施方式(1)配方成分如下：表1特種軸承鋼配方成分wt.％(2)真空熔煉按照表1的配比將Fe、Cr、Mo、Ni、W、Co、V放入500kg真空感應熔煉爐中，熔化后，真空度2Pa左右、溫度1600～1630℃，高溫精煉30分鐘；充入氮氣，加入C、Si、Mn，全部熔化后抽真空，真空度1Pa左右、溫度1560～1590℃，精煉20分鐘；充入氮氣，加入FeCrN，溫度1490～1520℃，低溫精煉20分鐘，然后澆鑄成Φ160mm電渣電極棒。(2)電渣重熔砂磨去除電渣電極棒表面的氧化皮等缺陷。將重量百分含量為CaF2：Al2O3：CaO：MgO＝70：18：7：5的渣料加熱至熔融狀態，倒入電渣爐結晶器中，將電極棒緩慢下降并插入熔融渣料中，調整重熔電流、電壓，保證重熔過程穩定，緩慢熔化電極棒，熔化鋼液滴穿過熔融渣層，在銅結晶器內凝固，電渣錠尺寸為Φ275mm×990mm。特種軸承鋼的冶煉成分如表2所示。表2特種軸承鋼冶煉成分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)熱加工將電渣錠加熱至1180℃，保溫2h，用快鍛機鍛造開坯，先墩粗至約Φ350mm×600mm，然后拔長至Φ100mm×L，下料；將鍛坯加熱至1140℃，保溫1h，用空氣錘鍛成Φ50mm的棒材，砂冷；(4)熱處理熱加工完成后，進行球化退火處理，退火工藝為：860℃×6h爐冷，退火硬度為227HBW左右。切成Φ50mm×15mm的圓餅后，進行淬火和深冷處理，淬火工藝為1060℃×0.33h油冷，然后進行深冷處理，深冷處理工藝為-80℃×2h空熱，根據不同的性能要求選擇不同的回火工藝，典型回火工藝及性能如下：200℃×4h油冷回火后，硬度為60.5HRC；400℃×4h油冷回火后，硬度為60.0HRC；550℃×4h油冷回火后，硬度為58.0HRC；500℃×4h油冷回火后，350℃硬度不低于500HV；500℃×4h油冷回火后，10％鹽酸常溫下的平均腐蝕速率約為27.9mm/a；500℃×4h油冷回火后，5.0％NaCl溶液168h交替鹽霧試驗，無明顯腐蝕現象。本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中的描述只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這都落入本發明要求保護的范圍。當前第1頁1 2 3