[发明专利]一种本征无网状二次渗碳体钢及其应用方法

说明书

技术领域：

本发明属于钢的材料及其热处理工艺技术领域，特别涉及高碳钢及轴承钢。

背景技术：

当钢的含碳量大于0.77％以后成为过共析钢，过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体(石德珂 材料科学基础，机械工业出版社1999)。渗碳体的硬度高，耐磨性好，增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因，为了减少脆性，避免较多的网状渗碳体，钢的含碳量一般都小于1.0左右，高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎，将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体，在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度，这样都增加了工艺成本，浪费了能源。因此找到一种含碳量即高又无网状渗碳体是解决这一问题的根本。

轴承钢是典型的高碳钢，轴承是重要的机械基础件，它在很大程度上决定了装备的性能、寿命与可靠性等。随着社会的发展与进步，人们对它的寿命提出了越来越高的要求。经过几十年的发展，中国已经发展成为轴承钢的生产大国。产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距。迫切要求提高其疲劳寿命。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度(中国专利申请CN200410025102)；表面改性处理(中国专利申请CN02128781.3)；以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命(中国专利申请CN02109721.6中国专利申请CN00110646.5)。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的，特别是在高负载荷等严酷条件下使用时，更是如此，所以一直强烈要求开发一种具有更长使用寿命的钢材。

发明内容：

本发明的目的是提供一种本征无网状二次渗碳体高碳钢，并将其应用于轴承钢领域。

本发明的技术方案是这样实现的，一种本征无网状二次渗碳体钢，按照重量百分比，渗碳体钢化学组成为C：0.8-1.8％、Al：0-3.0％、Cr：0-2.5％、Mn：0.2-0.8％、Si：0-0.2％、Mo：0-0.8％、Nb：0-0.1％、V：0-0.1％、Ti：0-0.1％、Re：0-0.05％、余量为Fe。

所述二次渗碳体钢在正常铸造态、退火态以及正火态的组织特征为珠光体与在其基体上弥散分布的调幅分解组织，珠光体中渗碳体条片厚度为0.5-2.0μm，弥散析出物的尺寸为10-100nm。

所述二次渗碳体钢经常规淬火回火热处理后的组织特征为未溶球状渗碳体、马氏体组织或残余奥氏体组织；其中马氏体组织中有孪晶马氏体、板条马氏体和枣核马氏体；板条马氏体和枣核马氏体的亚结构为位错。

将所述本征无网状二次渗碳体钢作为轴承的材料。

C：是保证强度与耐磨性所必需的元素，当C含量高于0.8％后晶界处会有网状碳化物产生，使塑韧性下降；C的范围取0.8-1.8％；

Si：产生固溶强化，同时有抑制网状渗碳体的作用；Si的范围取0-0.2％；

Mn：提高淬透性，降低Ms点；Mn的范围取0.2-0.8％；

Al：加入可以抑制网状渗碳体，减少钢中氧含量；Al的范围取0-3.0％；

Cr：可以提高钢的淬透性和韧性，提高耐腐蚀性，还可以形成碳化物来提高耐磨性；Cr的范围取10-2.5％；

Mo：在有Cr存在的情况下生成(FeMo)₂₃C₆，在这种碳化物中，Cr、V都能溶解；Mo的范围取0-0.8％；在一般合金钢中Mo的含量在0.15-0.6％左右，目的是消除钢的回火脆性。Mo的碳化物在较高温度时，不会全部溶解，由于它弥散分布，故能细化晶粒，提高强度和韧性；

V：合金钢中V的含量一般不大于0.5％，与Cr、Mn、Si复合作用，提高强度和弹性极限；提高淬透性，细化晶粒，提高晶粒粗化温度，阻止马氏体分解，特别降低Cr和Mn的回火脆性；V的范围取0-0.1％；Ti的范围取0-0.1％、Re的范围取0-0.05％；

另外稀土元素的加入，能细化晶粒，提高钢的强度和屈强比，增强韧性。

总之，通过以上元素的加入，可以形成一种本征无网状二次渗碳体钢，可以进一步提高高碳钢的强度、硬度及耐磨性，延长工模具的寿命，延长轴承的寿命。

本发明的优点是：

1)采用本发明的钢种是一种本征无网状二次渗碳体高碳钢，球化工艺简单，可大幅缩短球化时间，经淬火处理可获得马氏体基体上比普通轴承钢分布着更多细小碳化物的组织，它与传统的钢种和工艺方案相比，提高轴承的硬度，耐磨性和接触疲劳性能。