[发明专利]一种采用稀土微合金化的不锈轴承钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，尤其是涉及一种采用稀土微合金化的适用于微型及小型轴承的不锈轴承钢及其制造方法。

背景技术

轴承是典型的通用机械零部件，应用范围几乎涉及整个国民经济和国防领域。在不同的应用环境中，对材料性能的要求也是不同的，如在航空航天、海洋开发、石油开采、现代化工等中等以上腐蚀性环境下，除了要求材料具有高的力学性能和高的加工性能外，还要求具有高的耐腐蚀性能，因而产生了不锈轴承钢。特别是微型及小型轴承用钢除了对力学性能、耐腐蚀性能有较高的要求外，对钢的机加工性能、耐磨性、尺寸稳定性、疲劳强度等提出了更高的要求。

目前大部分的不锈轴承钢，都是采用普通不锈钢制造的。使用最多是9Cr18和9Cr18Mo两个钢种，它们硬度较高，可达HRC 60以上，可用于大气、河水、自来水和弱酸弱盐的水溶液中，而不能长时间用于海洋开发、石油开采和现代化工等腐蚀性较强的工业环境中。由于这两种钢中含碳量较高，在冶炼过程中不可避免地形成相当数量的共晶碳化物，其颗粒粗大，分布不均匀，大部分分布在晶界上。在加工过程中，共晶碳化物易从表面剥落，形成凹坑，影响表面质量和加工精度。特别对微型及小型轴承的加工使用产生的问题更加突出。在使用过程中，又易在共晶碳化物处造成应力集中而产生疲劳裂纹源，使轴承的使用寿命受到很大影响。在实际生产中，设计、生产部门针对不同使用条件，选择采用不同的不锈钢。如在上述的腐蚀环境下，多采用如304、316L等不锈钢。这些不锈钢虽耐腐蚀性能较高，但它们都属于奥氏体不锈钢，不能通过热处理强化钢的力学性能，硬度较低，只能满足一部分使用条件的要求。目前也有采用耐蚀性能接近304不锈钢水平而硬度较高的沉淀硬化不锈钢作为轴承材料，用的最多的是17-4PH和15-7Mo PH等钢种。而这些钢种的硬度大多在HRC 45以下，并且也只能满足一部分使用条件的要求。

目前人们针对不同使用条件，研究出新的不锈轴承钢，如公开号CN1726295A报道一个“制造性和耐蚀性优良的轴承钢及其制造方法以及轴承零部件及其制造方法”的专利。其特征在于以质量％计，含有C：0.4～0.6％，Si：0.1～2.0％，Mn：0.1～0.5％，Cr：3.0～8.0％，限定Mo：0.5％或以下，N：0.02％或以下，且含有满足下式的S：Cr-300×S≥2.0，此发明钢虽具有良好的中型以上轴承加工性能和耐蚀性，但其耐蚀性是在与盐和酸不接触的比较温和的腐蚀环境下试验得出的，这样的耐蚀性只能用于较弱的腐蚀环境。

上述的不锈轴承钢虽在一定的环境下针对中型以上轴承得到推广应用，但都存在一定的使用性能局限性，需要研究开发适用范围广的不锈轴承钢，尤其是解决航空航天、海洋环境下使用的微型及小型轴承的选材更加突出。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有优良的力学性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能、加工性能的适用于微型及小型轴承的采用稀土微合金化的不锈轴承钢及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用稀土微合金化的不锈轴承钢，其特征在于，该轴承钢含有下列组分及重量百分含量：C：0.36-0.55，Cr：14.00-17.00，Ni：0.20-2.00，Mo：1.00-3.00，N：0.10-0.30，Mn≤1.00，Si≤1.00，S≤0.030，P≤0.035，微量元素及稀土元素≤1.00，其余为Fe。

所述的微量元素包括Ti、Nb或V；所述的稀土元素为镧系稀土元素。

所述的轴承钢含的退火状态硬度HRC≤25，抗弯强度≥3800MPa，热处理后硬度HRC≥55。

一种采用稀土微合金化的不锈轴承钢的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)称取将包含以下组分及重量百分含量的炉料：C：0.36-0.55，Cr：14.00-17.00，Ni：0.20-2.00，Mo：1.00-3.00，N：0.10-0.30，Mn≤1.00，Si≤1.00，S≤0.030，P≤0.035，微量及稀土元素≤1.00，其余为Fe；

(2)将上述炉料采用常规的非真空中频感应炉熔炼，其中微量及稀土元素包裹在纯铁皮中，经烘烤后，出钢时加入钢包或钢液中；经电渣重熔后，锻造成型，再经热处理工艺后得到不锈轴承钢产品。

所述的热处理工艺为：将锻造成型后的成型钢半成品加热至1010℃～1050℃，保温0.5～2小时，水或油冷至室温，然后进行150℃-300℃回火2～6小时。