[發明專利]一種高耐磨高強韌高溫滲氮鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 201711476523.3
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108220810A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 楊卯生;李建新;唐江;羅志強;嚴曉紅;王家瑋;田新榮;李林濤
• 申請（專利權）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: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種高耐磨高強韌高溫滲氮鋼及其制備方法，屬于滲氮鋼技術領域。該鋼化學元素重量百分書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。其中V/Nb：25～35，[O]+[N]+[H]≤0.0040％。其余為Fe及不可避免的雜質。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。優點在于，可以滿足服役過程中承受高溫及磨損環境作用的新一代軸承等摩擦副用鋼的要求，達到高強度、高硬度、高韌性、高溫性能、良好抗摩擦磨損性能的良好配合。

技術領域

本發明屬于滲氮鋼技術領域，特別涉及一種高耐磨高強韌高溫滲氮鋼及其制備方法，屬于冶金材料技術領域。

背景技術

國內外高性能摩擦副用鋼的發展趨勢主要是高強度、高韌性、高耐磨、耐溫以及高疲勞強度超長服役壽命。國內外研制的適合柴油機柱塞套用滲氮鋼；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年歐洲標準化委員會批準9種標準滲氮鋼的交貨技術條件等。現在高品質滲氮鋼已經廣泛應用于航空液壓泵耐磨零件上。目前在國內航空等領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。航空液壓泵應用最早且較為廣泛38CrMoAlA滲氮鋼，它具有優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度，但是疲勞磨損性能較差。基于英國發動機用材，國內又研制出一種強度高、滲氮硬度略低的25Cr3MoA滲氮鋼，并應用于工程實際。38CrMoAl。25Cr3Mo滲氮鋼較好滿足了使用要求。國內外液壓泵關鍵零部件進行雙金屬和組合結構的改進，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標準化及工藝研究，

隨著工業發展，摩擦副高速、高赫茲應力、高疲勞強度、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。新發明高耐磨高強韌高溫滲氮軸承鋼，在添加適量的Cr、W元素基礎，采用碳氮化物強化機理設計成分，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索氏體基體上沉淀細小彌散的MX、M₂X相，從而使鋼的芯部具有高強度和高韌性匹配，其抗拉強度Rm≥1300MPa，屈服強度Rp0.2≥1100MPa，其沖擊功可達到100J以上。滲碳表面室溫硬度可達到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。

隨著航空等領域齒輪液壓泵等關鍵部件的發展，要求耐磨零件滲氮材料具有高韌性、高強度、高的耐磨性和抗接觸疲勞性能以及尺寸穩定性。為了減少滲碳熱處理的變形并同樣達到表面耐磨目的而出現滲氮工藝。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致材料硬度下降。隨著工業技術的發展，對滲氮鋼的強韌耐沖擊，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，國內外泵內關鍵滑動摩擦副材料均采用軟/硬匹配的方式。上世紀80年代英、美研制的PV3-205航空柱塞泵，其泵內柱塞體、分油蓋等關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。俄羅斯對轉子、滑靴等軟質件由整體銅合金改為雙金屬材料；而硬質件中的柱塞體則有實心改為空心組合焊接。其轉子基體、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，主成分設計：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，其抗拉強度Rm達到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。