[發(fā)明專利]一種高耐磨高強(qiáng)韌高溫滲氮鋼及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711476523.3
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108220810A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊卯生;李建新;唐江;羅志強(qiáng);嚴(yán)曉紅;王家瑋;田新榮;李林濤
• 申請（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C33/04;C23C8/26;C23C8/50;C21D8/00
• 代理公司: 北京華誼知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種高耐磨高強(qiáng)韌高溫滲氮鋼及其制備方法，屬于滲氮鋼技術(shù)領(lǐng)域。該鋼化學(xué)元素重量百分書C：0.27～0.32％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.5％，Cr：2.5～3.8％，Ni：≤0.05％，Mo：≤0.1％、V：0.30～0.70％，W：0.60～1.2％，Nb：0.02～0.08％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其中V/Nb：25～35，[O]+[N]+[H]≤0.0040％。其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其制備包括以下工藝過程：成分配比與控制→真空冶煉→鋼錠熱加工成材→鋼材表面硬化處理→鋼材熱處理。優(yōu)點(diǎn)在于，可以滿足服役過程中承受高溫及磨損環(huán)境作用的新一代軸承等摩擦副用鋼的要求，達(dá)到高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高溫性能、良好抗摩擦磨損性能的良好配合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于滲氮鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高耐磨高強(qiáng)韌高溫滲氮鋼及其制備方法，屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

國內(nèi)外高性能摩擦副用鋼的發(fā)展趨勢主要是高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨、耐溫以及高疲勞強(qiáng)度超長服役壽命。國內(nèi)外研制的適合柴油機(jī)柱塞套用滲氮鋼；易滲氮、硬度高的低鋁和無鋁新型滲氮鋼；滲氮能力強(qiáng)的新型滲氮鋼30Cr2MoV；日本研制電廠用新型耐熱滲氮鋼；2002年歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會批準(zhǔn)9種標(biāo)準(zhǔn)滲氮鋼的交貨技術(shù)條件等?，F(xiàn)在高品質(zhì)滲氮鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空液壓泵耐磨零件上。目前在國內(nèi)航空等領(lǐng)域柱塞泵使用摩擦副用鋼多為38CrMoAl，25Cr3Mo，30Cr3MoA。我國航材手冊推出四種滲氮鋼，其中綜合性能、可焊接性能較好的僅有25Cr3MoA一種滲氮鋼材料。航空液壓泵應(yīng)用最早且較為廣泛38CrMoAlA滲氮鋼，它具有優(yōu)良的滲氮層和心部性能，滲氮層硬度高、耐磨、較高的紅硬性和疲勞強(qiáng)度，但是疲勞磨損性能較差?；谟l(fā)動機(jī)用材，國內(nèi)又研制出一種強(qiáng)度高、滲氮硬度略低的25Cr3MoA滲氮鋼，并應(yīng)用于工程實(shí)際。38CrMoAl。25Cr3Mo滲氮鋼較好滿足了使用要求。國內(nèi)外液壓泵關(guān)鍵零部件進(jìn)行雙金屬和組合結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，液壓元件中耐磨零件材料采用滲氮鋼。國外一些國家紛紛開展研制適合不同工況要求的新型滲氮鋼并加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化及工藝研究，

隨著工業(yè)發(fā)展，摩擦副高速、高赫茲應(yīng)力、高疲勞強(qiáng)度、高溫、耐蝕及減重方面的迫切需要，目前已有的鋼種無法滿足工況要求。新發(fā)明高耐磨高強(qiáng)韌高溫滲氮軸承鋼，在添加適量的Cr、W元素基礎(chǔ)，采用碳氮化物強(qiáng)化機(jī)理設(shè)計(jì)成分，通過表面滲氮工藝，獲得表面超高硬度；在合適的熱處理工藝下獲得精細(xì)索氏體基體上沉淀細(xì)小彌散的MX、M₂X相，從而使鋼的芯部具有高強(qiáng)度和高韌性匹配，其抗拉強(qiáng)度Rm≥1300MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2≥1100MPa，其沖擊功可達(dá)到100J以上。滲碳表面室溫硬度可達(dá)到950HV以上，并在450℃時保持HRC58以上，同時鋼具有一定的耐蝕性能，能夠滿足新一代航空齒輪以及液壓泵摩擦副用鋼的服役要求。

隨著航空等領(lǐng)域齒輪液壓泵等關(guān)鍵部件的發(fā)展，要求耐磨零件滲氮材料具有高韌性、高強(qiáng)度、高的耐磨性和抗接觸疲勞性能以及尺寸穩(wěn)定性。為了減少滲碳熱處理的變形并同樣達(dá)到表面耐磨目的而出現(xiàn)滲氮工藝。滲氮可獲得高的表面硬度、耐磨性、抗疲勞性能和抗咬合性。鋼中加入與氮有強(qiáng)烈親和力的Al、Cr、Mo、W等合金元素可以防止鐵氮化合物易聚集粗化或者分解而導(dǎo)致材料硬度下降。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對滲氮鋼的強(qiáng)韌耐沖擊，耐接觸疲勞，耐粘著和磨粒磨損，耐熱，易滲氮性能要求越來越高。就航空柱塞泵而言，國內(nèi)外泵內(nèi)關(guān)鍵滑動摩擦副材料均采用軟/硬匹配的方式。上世紀(jì)80年代英、美研制的PV3-205航空柱塞泵，其泵內(nèi)柱塞體、分油蓋等關(guān)鍵摩擦副主要采用滲碳鋼或工具鋼，其抗粘著磨損性能較差。俄羅斯對轉(zhuǎn)子、滑靴等軟質(zhì)件由整體銅合金改為雙金屬材料；而硬質(zhì)件中的柱塞體則有實(shí)心改為空心組合焊接。其轉(zhuǎn)子基體、柱塞體材料首先采用25Cr3Mo，后使用30Cr3MoA，近期使用的是30X3BA(30Cr3WA)滲氮鋼，主成分設(shè)計(jì)：C：0.16～0.25％、Cr：2.8～3.4％、Ni≤0.2％、W：0.6～1.2％、熱處理工藝是從870～900℃保溫淬火，然后在510～540℃范圍回火，該鋼種具有良好抗疲勞性能，其抗拉強(qiáng)度Rm達(dá)到980MPa以上，其滲氮表面硬度700HV。具有良好的沖擊韌性和疲勞性能以及焊接性能，并沒有涉及耐磨、接觸疲勞性能指標(biāo)。