[发明专利]高碳高强韧钨钼复合二次硬化不锈轴承钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢领域，特别涉及一种高碳高强韧钨钼复合二次硬化不锈轴承钢 及其制备方法。该合金具有高强度、高韧性、长寿命、抗腐蚀等优异性能，工艺性能良 好，可采用常规双真空冶金工艺和简单的时效热处理工艺，与现有技术相比，强度等性 能和工艺性具有明显优势。

技术背景

随航空航天、机械、交通等行业的发展，对高载荷、长寿命和耐环境腐蚀的转动 部件用钢需求增加，如高强度的轴承、齿轮、滚动部件和紧固件等等，需要钢既具有高 强度又要具有高的韧性和良好的耐腐蚀能力，近年来以美国、日本为代表的发达国家在 此领域投入了大量的人力物力进行开发研究，不断有新的钢种的出现，以替代传统材料， 提高韧性和服役环境下的寿命。

过去常用的9Cr18全硬化轴承齿轮钢由于网状碳化物的存在，疲劳寿命一直没有 达到使用的预期效果，而以9310、M50NiL为代表的渗碳轴承钢虽然改善了韧性提高了 寿命，但由于钢的整体强度不足以及钢中Cr含量较低，在高载荷和腐蚀环境中的表现 不佳。

美国、日本甚至中国近年来基于良好强韧性配合的二次硬化钢的基础上，开发了 具有高强度、高韧性、耐腐蚀的新型传动部件特殊钢，此类钢共同的特点是采用二次硬 化强化，依靠时效过程中析出的以Mo、W的M2C型碳化物和以V为主的MC型碳化物强 化为主提高强度，钢中Cr含量提高到12％以上提高耐腐蚀性能，依靠严格的成分配比和 热处理制度设计获得良好的强韧性配合:

美国1995年公开了高强韧性不锈齿轮轴承钢CSS-42L专利，专利号US5424028, 采用Mo强化，Cr含量达到14％，该钢经过真空冶炼和锻造成型后，经过1050固溶、-73 深冷和496时效后，可以获得Rm≥1800MPa、A≥16％的良好的强韧性；

日本1994年公开了一种高强度高韧性不锈钢，专利号为JP06264189,其Ni含量较 低，该钢经过真空冶炼和锻造后，经经过1050固溶、-73深冷和475时效后，可以获得 Rm≥1700MPa、A≥16％、K_IC≥110MPam^1/2的良好的强韧性。

钢铁研究总院厉勇等人2010年公开了一种含W高强高韧二次硬化不锈钢，专利号 CN102031459A，经过1050固溶、-73深冷和490-530时效后，可以获得Rm≥1800MPa、 A≥16％、K_IC≥90MPam^1/2的良好的强韧性。

钢铁研究总院杨卯生等人于2011年公开了一种高强高韧耐蚀高温齿轮轴承钢及其 制造方法，专利号CN102226254A，经过1000-1150固溶、-80～-100深冷和500-530时 效后，可以获得Rm≥1800MPa，Rp0.2≥1400MPa，芯部硬度≥50HRc，渗碳表面硬度≥65HRc， K_IC≥110MPam^1/2的良好的强韧性。

宝钢姚长贵等人2008年公开了一种强韧性超高强度不锈钢及其制造方法，专利号 CN101205595A，采用W、Mo强化，其C含量、Ni含量较低，可以获得Rm≥1800MPa、Rp0.2 ≥1400MPa，K_IC≥110MPam^1/2的良好的强韧性。

以上专利合金的成分对比见表1，由此看出，在先进高强度耐腐蚀齿轮轴承等传动 部件用钢的开发中，国内外均采用了二次硬化合金化思想，以其达到较好的强韧性配合。 表2是相关专利的性能对比，普遍目前公布的二次硬化型耐腐蚀轴承钢的抗拉强度在 1800MPa、屈服强度达到1400MPa。

表1CSS-42L钢等国内外专利的化学成分

美国和日本等公开的专利虽然强韧性配合较好，但抗拉强度和屈服强度偏低，限 制了其更大范围的推广应用，随高速重载传动系统的发展，目前材料的整体强度不能满 足高载荷条件的应用需求，因此希望研制一种具有2000MPa以上强度具有良好组织和韧 性的钢，具有高强度、高韧性和良好耐腐蚀能力。

表2对比例钢的力学性能

发明内容