[发明专利]一种可耐400度高温的轴承钢的制备方法

说明书

本发明属于高温轴承钢的开发领域，主要涉及一种可耐400度高温的轴承钢的制备方法。该轴承用钢加工的轴承，可在不超过400℃的高温下服役使用。本发明高温轴承钢通过真空感应炉和真空电渣重熔双真空冶炼，成分为4.50～5.28％Cr，3.75～4.10％Mo，0.56～0.80％V，0.30～0.34％Mn，0.21～0.26％Ni，0.20～0.29％Si。热处理工艺为：将轴承钢加热到800～870℃保温，降温到700～800℃等温退火，再缓冷至室温；加热至1050～1070℃固溶，保温后油淬；再加热到510～550℃回火，时间为2～2.5h，按此工艺回火三次。本发明设计的新型高温轴承钢通过降低钒含量，使得碳化物细小弥散分布，可减少疲劳裂纹源的产生，同时硬度得到进一步提高，室温硬度不小于62HRC，400℃高温硬度不小于658HV，满足高温条件下的应用。

技术领域

本发明属于高温轴承钢的成分开发和热处理工艺技术领域，主要涉及一种新型高温轴承钢的成分开发和热处理工艺。

背景技术

高温轴承钢主要应用于航空发动机中的主轴轴承，在飞机或火箭中使用。轴承硬度值越高，对轴承的疲劳寿命有利，服役时间越长。随着目前燃气轮机的发展，需要在高温下具有更高的硬度才能满足燃气轮机的长时间工作。因而，提高轴承钢的室温硬度和高温硬度是很有必要的。现在广泛应用的高温轴承钢的钢种牌号及其国际、美国和国内标准见表1。其中M50(相当于国内的8Cr4Mo4V)是目前国内外使用最广泛的高温轴承钢，主要用于燃气轮机主轴轴承，属于全淬硬型轴承钢，相比渗碳型生产工艺简单，成本低廉，使用温度在315℃以下。按照美国高速钢标准，其化学成分特点为：0.78～0.88wt.％C，3.75～4.50wt.％Cr，3.90～4.75wt.％Mo，0.80～1.25wt.％V，0.10～0.15wt.％Ni，0.15～0.45wt.％Mn，0.20～0.60wt.％Si，P≤0.03wt.％，S≤0.03wt.％。M50钢的热处理工艺一般为：将钢在732～843℃下预热，后在盐浴炉内加热至1104℃，保温最少5分钟，后油淬到100～200℃，出油空冷到室温，再加热到538℃，回火三次，每次2小时。最终得到莱氏体钢。在A600.13324高速钢美国标准中规定M50轴承钢的室温硬度不得低于61HRC，在轴承钢的使用标准中，规定轴承钢在使用温度下，硬度不能低于58HRC或652HV，轴承钢的硬度越高，其耐磨性越好。具有上述成分含量和通过上述热处理方法处理后的轴承钢工作表面或次表面存在大颗粒不规则碳化物，主要是含V、Mo的一次碳化物，在服役过程中容易成为疲劳剥落的起始点。M50钢在经过热处理后，其室温硬度为洛氏硬度值61～63HRC。

表1国际、美国和中国标准中的高温轴承钢化学成分

对M50等高温轴承钢的改进有如下相关发明。专利CN104313294A是发明了提高Cr4Mo4V钢尺寸稳定性的热处理方法，其钢成分与M50钢相同，其热处理为加热至1065～1090℃，保温30～55min，出炉后充氮气油冷至50～200℃；在535～545℃，保温2～2.5小时，回火三次。其特征在于：粗磨后在520±5℃下附加回火，4～4.5小时；细磨后在250±5℃下附加回火，时间8～10小时。处理后其尺寸稳定性得到了提高，成品套圈存放后平均尺寸变化率为1.33×10^-5，尺寸最大变化率为2.67×10^-5。专利CN104294031A通过高压气淬工艺方法改善其变形和锥度较大的问题。其工艺为将高温轴承钢制套圈在真空环境下预热保温，两次预热温度和时间分别为：650℃，30min；850℃，30min，后升温到1070℃，保温50±10min；再用高压氮气气淬，其后在540℃下回火2～2.5h，共3次。其高温回火后硬度为61.5～62HRC。