專利名稱：一種高硬度高耐磨無磁軸承鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別涉及一種高硬度高耐磨無磁軸承鋼。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的的發(fā)展，對鋼鐵材料的性能提出許多特殊的要求，如無磁軸承鋼就是其中的一種。無磁軸承鋼應(yīng)具有一般軸承鋼所需的較高硬度和耐磨性能，又要求無磁性能，如對于導(dǎo)向系統(tǒng)的高靈敏軸承、石油堪探及采礦和某些儀表軸承，為了防止強(qiáng)磁埸或地磁埸對軸承的影響，要求選用導(dǎo)磁系數(shù)μ≤1.02高斯/奧斯特的無磁材料來制造。一般使用的軸承鋼由于鋼中Mn和Ni的含量較少(Mn 2％以下，Ni 1％以下)，因此淬火-回火熱處理后得到的是馬氏體組織，因此不具備無磁性能。傳統(tǒng)上無磁軸承多采用鈹青銅QBe2.0、1Cr18Ni9Ti不銹鋼及其它一些無磁材料來制造無磁軸承。鈹青銅QBe2.0是含1.9～2.2％Be的銅合金，該合金雖然無磁性，但經(jīng)最終熱處理以后其硬度只有HV350～400(HRC37～42)。1Cr18Ni9Ti不銹鋼其組織是奧氏體具有無磁性能，但其硬度最高HRC26。高錳鋼雖然也是無磁鋼但多作為結(jié)構(gòu)件而使用，如最通用的高錳鋼為Mn13(含12～14％Mn)，其最高硬度只有HRC29，只有在冷作硬化時奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體才可以進(jìn)一步提高硬度，但無磁性能消失。國外也有高強(qiáng)度非磁性高錳鋼，但其最高抗拉強(qiáng)度為1109MPa(113.2Kg/mm2，相對應(yīng)硬度為HRC35)，雖然也有硬度高于HRC45的高錳鋼，但是作為熱作工具鋼使用，其無磁性能恐難于滿足要求。上述材料對于高硬度無磁性軸承有時難于滿足要求，特別對于某些規(guī)格較大的軸承更難于滿足使用要求；還有要求耐磨性能良好的無磁模具也需要使用高硬度無磁鋼來制造。因此需研制一種硬度較高，耐磨性能較好的新型無磁軸承鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高硬度、高耐磨的無磁軸承鋼。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案的工作原理是奧氏體不銹鋼、耐熱鋼以及高錳系奧氏體鋼均屬無磁鋼的范疇；為了保持無磁性當(dāng)然必需具有穩(wěn)定的奧氏體組織。在合金元素中，Mn、Ni、C和N都是形成奧氏體的元素，在鋼中加入一定量后，在常溫下甚至在低溫下都可保持奧氏體組織。在鋼中加入強(qiáng)化元素V、W和Mo，通過固溶-時效處理得到高硬度和高耐磨性能，滿足使用要求。
根據(jù)上述目的和本發(fā)明的技術(shù)方案工作原理，本發(fā)明具體的技術(shù)方案為該高硬度高耐磨無磁軸承鋼的化學(xué)成分組成(重量％)為C 0.65～0.80％，Mn 17.0～19.0％，Si 0.5～1.0％，Cr 3.5～4.5％，V 1.5～2.5％，W 0.4～1.0％，Mo 0.4～1.0％，N≤0.12％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
上述各種合金元素在鋼中的作用如下Mn錳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)和強(qiáng)烈地使奧氏體穩(wěn)定化的元素，還可以增加氮在鋼中的溶解度，可以使在高溫下形成的奧氏體在冷卻過程中不會分解。當(dāng)鋼中加入鉻時，需采用相應(yīng)的Mn含量方能穩(wěn)定奧氏體組織，防止馬氏體的產(chǎn)生，所以加入17.0～19.0％的Mn為確保奧氏體的穩(wěn)定性。
C和N在鋼中加入0.65～0.80％的C可以進(jìn)一步形成和穩(wěn)定奧氏體組織。碳也是強(qiáng)化奧氏體鋼的重要元素，可與鋼中的Cr、V、W和Mo等元素形成碳化物，在固溶溫度下溶入基體，時效時能夠彌散析出從而強(qiáng)化基體大大提高鋼的強(qiáng)度、硬度和增加耐磨性能。氮是強(qiáng)烈形成和穩(wěn)定奧氏體的元素，以氮和錳綜合作用穩(wěn)定奧氏體，其效果甚為明顯。
Cr加入3.5～4.5％鉻的目的是提高鋼的抗蝕性能，另一個目的是由于鉻是碳化物形成元素，因此和鋼中的碳形成鉻的碳化物，通過時效處理而彌散析出，進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
V釩是非常強(qiáng)烈形成碳化物的元素，形成的碳化釩在固熔時能溶于基體，在時效處理時析出微細(xì)的碳化釩(VC)而使鋼硬化，從而獲得高強(qiáng)度和高硬度。釩是時效處理時硬化最有效的元素。
Mo和W鉬能溶于奧氏體基體中，起到強(qiáng)化奧氏體的作用。鉬和鎢是碳化物形成元素，時效處理時從基體彌散析出細(xì)小的碳化物而使鋼得到進(jìn)一步的強(qiáng)化。
Si硅能固溶于奧氏體中，從而提高其硬度和強(qiáng)度。硅還可提高鋼的彈性極限、改善鋼的抗回火軟化性能和提高鋼的接觸疲勞壽命。
制備上述高硬度無磁軸承鋼的生產(chǎn)工藝的具體步驟如下(1)、冶煉工藝冶煉工藝采用電弧爐(工頻、中頻爐)冶煉電極棒，然后進(jìn)行電渣重溶A、電弧爐冶煉采用氧化法，用Si-Ca脫氧，出鋼溫度為1550℃～1580℃，包內(nèi)鎮(zhèn)靜3分鐘后澆注成電極棒；B、電渣重熔采用精煉渣，渣系為二元渣系CaF270％、Al2O330％；(2)、鍛造熱加工工藝此鋼的合金比例較高，加熱過程中需緩慢升溫，加熱溫度為1150～1200℃，在加熱溫度下需充分透燒，鍛后空冷；
(3)、熱處理工藝A、退火熱處理工藝一般奧氏體鋼的機(jī)加工是在奧氏體化固溶處理后得到較低硬度下進(jìn)行的，但容易引起加工硬化，特別是高M(jìn)n奧氏體鋼的加工硬化現(xiàn)象更嚴(yán)重，由于加工硬化而影響切削加工性能，為改善切削加工性能，對鍛材采取過時效的退火工藝，可以減少加工硬化而改善切削加工性能。具體退火工藝為850℃～900℃保溫3～6h后爐冷至500℃出爐空冷；B、固溶+時效熱處理工藝無磁鋼屬于奧氏體鋼，該鋼必須選擇較高的奧氏體化溫度1160℃～1200℃進(jìn)行保溫固溶，使鋼中的碳化物充分溶解到奧氏體中，然后迅速淬入水中進(jìn)行固溶處理，使鋼中保留穩(wěn)定的過飽和奧氏體組織。固溶后進(jìn)行較長時間的時效處理，其時效工藝為630℃～700℃×15～20小時，然后空冷到室溫。在時效處理時由于V、Cr、Mo和W和C形成的碳化物的彌散析出，其硬度顯著增加。
本發(fā)明無磁軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高硬度、高耐磨的優(yōu)點(diǎn)。上述優(yōu)點(diǎn)具體如下硬度(HRC)≥48，抗拉強(qiáng)度(MPa)≥1500，延伸率(％)≥12，Aku(J)≥14，導(dǎo)磁率(高斯/奧斯特)≤1.02。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼采化學(xué)組成成分制備了3批軸承鋼，表1為本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)對比例的化學(xué)組成成分對比表(重量％)，表2制備本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼的工藝步驟和工藝參數(shù)表，表3本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)對比例性能對比表。上述列表中1-3#為本發(fā)明實(shí)施例，4-7#為現(xiàn)有技術(shù)對比例。4為鈹青銅QBe2.0，5為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，6為高錳鋼Mn13，7為高強(qiáng)度非磁性高錳鋼。
上述制備的3批高硬度高耐磨無磁軸承鋼分別應(yīng)用在(1)、用于防磁電測車的無磁軸承某石油儀器廠生產(chǎn)的防磁電測車的軸承采用本發(fā)明鋼種制造的3516P無磁軸承，該防磁電測車進(jìn)行系統(tǒng)的地面測試，結(jié)果表明該防磁電測車的防磁性能良好，完合可以適應(yīng)測自然電位的要求。該防磁電測車在我國某油田進(jìn)行使用效果良好。
(2)、用于制造電子束爆光機(jī)的軌道某電子儀器廠生產(chǎn)的電子束爆光機(jī)其軌道需采用高硬度、高耐磨性能的無磁材料來制造，以前采用1Cr18Ni9Ti來制造，由于其硬度較低軌道很快磨損不能滿足使用要求。選用本發(fā)明鋼種進(jìn)行制造后，由于該鋼種防磁性能良好，并且硬度較高、耐磨性較好，使用結(jié)果表明軌道基本不磨損，滿足了使用要求。
(3)、作為無磁模具使用鍶、鋇鐵氧體磁性材料和Sn-Co磁性合金的成型需在強(qiáng)磁場中進(jìn)行，為保證其性能指標(biāo)，因此要求成型模具具有防磁性能，采用本發(fā)明鋼種制造的無磁模具可以滿足使用要求。某磁性材料廠采用本發(fā)明鋼制造2F8、3F8、401等型號的無磁模具，使用結(jié)果表明用本發(fā)明鋼種制造的無磁模具抗磁性能好，硬度高，耐磨性好壽命長。
表1本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)對比例的化學(xué)組成成分對比表(重量％)

表2制備本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼的工藝步驟和工藝參數(shù)表

表3本發(fā)明高硬度高耐磨無磁軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)對比例性能對比表

權(quán)利要求
1.一種高硬度高耐磨無磁軸承鋼，其特征在于該鋼化學(xué)成分組成(重量％)為C 0.65～0.80％，Mn 17.0～19.0％，Si 0.5～1.0％，Cr 3.5～4.5％，V 1.5～2.5％，W 0.4～1.0％，Mo 0.4～1.0％，N≤0.12％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種制備高硬度高耐磨無磁軸承鋼的制備方法，其特征在于該制備包括如下具體工藝步驟(1)、冶煉工藝冶煉工藝采用電弧爐冶煉電極棒，然后進(jìn)行電渣重溶A、電弧爐冶煉采用氧化法，用Si-Ca脫氧，出鋼溫度為1550℃～1580℃，包內(nèi)鎮(zhèn)靜3分鐘后澆注成電極棒；B、電渣重熔采用精煉渣，渣系為二元渣系CaF270％、Al2O330％；(2)、鍛造工藝此鋼的合金比例較高，加熱過程中需緩慢升溫，加熱溫度為1150～1200℃，在加熱溫度下需充分透燒，鍛后空冷；(3)、熱處理工藝A、退火熱處理工藝具體退火工藝為850℃～900℃保溫3～6h后爐冷至500℃出爐空冷；B、固溶+時效熱處理工藝固溶熱處理工藝加熱至奧氏體化溫度為1160℃～1200℃充分保溫后水冷；C、時效熱處理工藝加熱至630℃～700℃×15～20小時，然后空冷到室溫。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別涉及一種高硬度高耐磨無磁軸承鋼。該軸承鋼的化學(xué)成分組成(重量％)為C 0.65～0.80％，Mn 17.0～19.0％，Si 0.5～1.0％，Cr 3.5～4.5％，V 1.5～2.5％，W 0.4～1.0％，Mo 0.4～1.0％，N≤0.12％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制備上述無磁軸承鋼的具體工藝如下(1)冶煉工藝，(2)鍛造工藝，(3)熱處理工藝又分二步A.退火熱處理工藝850℃～900℃保溫3～6h后爐冷至500℃出爐空冷；B.固溶+時效熱處理工藝固溶熱處理工藝加熱到奧氏體化溫度為1160℃～1200℃充分保溫后水冷；時效熱處理工藝加熱至630℃～700℃×15～20小時，然后空冷到室溫。本發(fā)明無磁軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高硬度、高耐磨的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22C33/00GK1888116SQ200610089120
公開日2007年1月3日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者俞峰, 許達(dá), 魏果能 申請人:鋼鐵研究總院