[发明专利]一种Ni3

说明书

一种Ni₃Al金属间化合物沉淀强化的高温轴承钢，属于钢铁冶炼技术领域，化学成分重量百分数为：C:0.15％～0.35％、Si:0.05～0.45％、Mn:0.15～0.45％、Cr:4.0～8.0％、Ni:4.0～8.0％、Al:1.2～4.8％、Mo:0.3～0.9％、V:0.3～0.9％、M:0.05～0.35％、P≤0.15％、S≤0.01％，余量Fe，其中合金元素Ni/Al＝1.7～3.3，M为W、Zr、Nd、Co、Cu、B中1种或多种元素组成。经真空冶炼、真空电渣重熔冶炼、锻造或轧制、热处理等工艺制备出弥散分布的细小Ni₃Al金属间化物沉淀强化的高温轴承钢。本发明制备的轴承钢经450～550℃回火后硬度不低于HRC 56，是制造高温、高速工况下工作的长寿命可靠轴承的理想材料。

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体地，涉及到一种高温轴承钢及其制备方法，通过成分设计、真空冶炼、真空电渣重熔冶炼、锻造或轧制、热处理等工艺制备出弥散分布的细小Ni₃Al金属间化合物沉淀强化的高温轴承钢。

背景技术

高温轴承钢具有高的回火稳定性和尺寸稳定性、良好的耐高温氧化性、低的热膨胀性及高的抗蠕变强度，广泛应用于制造航空、航天工业喷气发动机、燃汽轮机及宇航飞行器等在高温、高速和腐蚀工况下工作的轴承，目前常用的高温轴承钢是以Cr4Mo4V、13Cr4Mo4Ni4V、Cr4Mo4V、W18Cr4V等为代表的第二代高温轴承钢。

随着航空、航天技术的发展，装备的极限性能在不断突破和提升，高温轴承的重要性也越来越突出，这就要求更高性能的轴承钢。目前，国际上已经发展到第三代高温轴承，在500～600℃回火后的硬度仍然能够达到HRC 58 以上。成分设计和制备工艺是研发和制备新型高温轴承钢的关键技术问题。从目前国内公开的发明专利来看，通过以下途径制备高温轴承钢：(1)在氮气或其它惰性气体保护下冶炼和电渣重熔，将氮作为合金元素替代高碳马氏体不锈钢中的部分碳，明显细化碳化物，更重要的是通过弥散分布的含氮相的沉淀强化获得优良的综合性能(如最近公开的发明专利：CN 113528941A、 CN 108277432A、CN108441599B)，取得了良好效果，但在钢中添加氮元素比较困难，成分不好控制，甚至要采用高压增氮技术固氮，需要专门的制备装备；(2)采用粉末冶金方法制备高温轴承钢，如，利用含氮不锈钢粉末通过粉末冶金制备含氮不锈钢(CN 101342591B)，利用碳化物高温合金粉末制备碳化物高温轴承钢(CN 102952986A)，获得了较好的性能，但工艺复杂，性能不稳定。综合以上内容，依赖于专门装备和特殊工艺制备的含氮马氏体不锈轴承钢和碳化物高温轴承钢，性能较好，但成分不易控制，成本高，性能稳定性不好。

Ni₃Al金属间化合物的熔点高(～1395℃)，具有良好的耐磨性能，是镍基高温合金的强化相，保证了镍基高温合金获得优良的高温抗蠕变强度。本发明利用Ni₃Al金属间化合物的性能特点，通过自生弥散分布的纳米尺寸Ni₃Al相的沉淀强化制备出一种综合性能优良的高温轴承钢。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种设计和制备Ni₃Al金属间化物沉淀强化的高温承钢的方法。本发明钢具有高的强度、高温硬度和回火稳定性，抗拉强度高于2100MPa，随着回火温度的提高，由于Ni₃Al相的沉淀强化，在450～550℃达到硬度峰值，硬度不低于HRC 56，是制造高温、高速工况下工作的长寿命可靠轴承的理想材料。

为了实现Ni₃Al金属间化合物的沉淀强化，本发明提出通过合理设计轴承钢成分的Ni/Al值及其它提高淬透性和硬度的合金元素的成分设计技术，设计的轴承钢在真空环境下冶炼和电渣重熔冶炼，冶炼的轴承钢锭经锻造或轧制、热处理等工艺后制备出纳米级Ni₃Al金属间化合物弥散分布于基体的新型高温轴承钢。