[发明专利]一种高温轴承钢及其洁净均匀化制备方法

说明书

一种高温轴承钢及其洁净均匀化制备方法，属于合金钢技术领域。高温轴承钢化学成分质量百分数为：C：0.80～0.85％，Mn：≤0.35％，Si：≤0.25％，Cr：4.00～4.25％，Mo：4.00～4.50％，V：0.90～1.10％，Ni：≤0.15％，W：≤0.25％，Nb：≤0.040％，Al：≤0.010％，Ca：≤0.001％，Ti：≤0.0040％，O：≤0.0007％，N：≤0.0020％，H：≤0.001％，其余为Fe及不可避免的杂质。工艺包括,原材料准备→真空感应炉浇注电极棒→空冷→车光→真空自耗重熔→钢锭退火车光→锻造→轧制成材→退火。优点在于,具有室温和300℃高强度、高硬度、耐磨、高的旋转弯曲疲劳极限强度、优异疲劳性能及良好尺寸稳定性能。

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特别涉及一种高温轴承钢及其洁净均匀化制备方法，使该钢具有优异疲劳性能。

背景技术

高性能轴承作为航天航空、高速列车、交通车辆、冶金及工程机械传动系统的关键构件，其不仅是整机性能、寿命和可靠性的制约因素，同时影响整机的稳定性、安全性。随着传递能量增加，转速、温度和寿命增加，要求轴承具有更高承载能力，即轴承钢室温与高温高强度，表面超硬化；轴承在高承载、高速、高温状态下能够连续稳定可靠的工作，轴承钢在高承载和高温状态下的高可靠性、长寿命、高稳定性显得至关重要。

高温轴承钢作为一种高淬透性钢，是一种典型的高温马氏体轴承钢，高温轴承钢热硬度依赖于碳化钼等碳化物。其热处理奥氏体化过程中，大约质量分数3％～4％的富Mo型M2C、富V型MC和富Cr型M6C没有溶解。钢进行淬火至室温，回火550℃，-75℃低温，再次550℃回火，形成由未溶碳化物、马氏体和约10％以下残余奥氏体所组成的微观组织。二次硬化是在540～550℃范围内回火2h，然后空冷至室温。高温轴承钢疲劳寿命随硬度的增大而增大。若不进行低温处理，通过反复回火处理降低奥氏体含量，回火温度为550℃，空冷至室温，高温轴承钢残余奥氏体含量降至4％以下，从而在使用过程中提高尺寸稳定性，增强韧性。M50可连续使用的最高温度为300℃。硬度是关键因素，即使是在常温下工作，接触疲劳寿命也会随着硬度增加到54HRC以上而提高，而M50通常通过淬硬达到至少58HRC。由于M50具有较高的滚动接触疲劳寿命。

美国和欧州高温轴承钢标准或者技术条件在钢种水平、冶金质量及其尺寸精度方面的要求逐渐形成共性。采用高洁净度均匀化制备工艺，控制夹杂物和碳化物尺寸、数量及分布，显著提高钢的接触疲劳寿命和弯曲疲劳极限强度。航空或汽车轴承由高温轴承钢制造，轴承钢洁净度与表面硬度高，组织均匀性和抗疲劳性能好。尽管美国、欧洲在高性能轴承材料方面遵循的标准不同，选用轴承材料也有所差异。冶金质量与精细组织显著影响航空航天等高性能轴承的可靠安全性为人们所共识。我国发动机以及传动系统上的轴承，因服役环境温度条件限制广泛选用8Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo和G13Cr4Mo4Ni4V等高温轴承用钢。另外，国内外轴承使用工况不同，如我国高温轴承相比国外其服役环境更为苛刻与复杂，表现为运行时间较长，温度变化较大，系统环境等影响作用等。对高温轴承钢提出更高和更为综合的性能与质量要求。从航空航天服役过程来看，基于轴承钢的良好的工艺性能和力学性能，高温轴承钢的接触疲劳性能和弯曲疲劳性能显得更为重要。国内对高温轴承钢进行力学性能和疲劳性能测试，并对其弯曲和接触疲劳性能进行分析。但基于成分与工艺优化所获得综合力学性能以及优异疲劳性能还未见报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温轴承钢及其洁净均匀化制备方法，承受载荷，尺寸稳定且具有优异的疲劳性能高温轴承钢。通过化学成分设计与配比精确控制以及高纯净度、高均匀性和晶粒细化工艺技术的控制，并经过与之相应最佳热处理工艺，使钢获得高强度与表面高硬度以及尺寸稳定性、超长接触疲劳寿命和较高弯曲疲劳强度的良好配合。

本发明所采用的技术方案的思路是：