【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轴承钢热处理，具体涉及一种提高高氮不锈轴承钢组织稳定性的热处理方法。
技术介绍
1、轴承钢广泛应用于航空航天、交通机械、食品工业、能源等众多领域，被视为一个国家冶金水平的标志。航空轴承钢在高温、重载荷等苛刻环境工作，是生产要求最严格的钢种之一。相较于一般合金钢，高氮钢有着极强的耐腐蚀性能和更高的服役寿命。近年来，随着航空航天、轨道交通等高端装备制造业的发展，高端轴承钢的生产技术得到快速突破和提升。基于“降碳增氮”设计理念开发的第三代航空高氮不锈轴承钢，有着优异的力学、腐蚀和服役性能，已逐渐成为高品质轴承钢的重要发展方向。
2、目前通过加压电渣重熔工艺生产的高氮不锈轴承钢具有很高的洁净度、均匀的显微组织，同时具有极佳的强度、硬度和耐磨性、良好的耐腐蚀性和接触疲劳性能。氮的加入能促进钢中细小弥散相析出、晶粒细化及固溶强化，使其具有优异的耐腐蚀和疲劳性能。热处理工艺可以调控轴承钢中析出相、马氏体和残余奥氏体等的含量、形态、尺寸和分布，最终决定钢的综合力学性能。传统的淬火-深冷-回火热处理后，高氮不锈轴承钢的显微组织为马氏体+碳氮化物+残余奥氏体。其中，降低淬火温度、多次深冷处理及适当提高回火温度能在一定程度上降低钢中残余奥氏体含量。然而，由于氮具有很强的稳定奥氏体能力，传统淬火-深冷-回火热处理无法彻底解决高氮不锈轴承钢中存在大量不稳定块状残余奥氏体的问题。面心立方结构的奥氏体比体心立方结构的马氏体具有更高的碳、氮溶解度，采用淬火-配分-回火热处理可促进碳、氮从马氏体向奥氏体扩散，使碳、氮原子在奥氏体中富集，
3、方明内容
4、第三代航空高氮不锈轴承钢中氮含量较高，易导致传统淬火-深冷-回火淬火-深冷-回火热处理后钢中存在大量块状残余奥氏体。在服役过程中，块状残余奥氏体在应力作用下会转变为马氏体，引起尺寸变化，甚至萌生裂纹，造成轴承在使用时出现早期失效。针对以上问题，本专利技术提供了一种有效提升高氮不锈轴承钢组织稳定性的热处理方法。经所述热处理后，能够大幅度降低残余奥氏体含量，并提高其稳定性，改善钢的强韧性，为我国高性能高氮不锈轴承钢的开发提供指导，加速我国高氮不锈轴承钢的研发与应用。
5、为了解决上述问题，本专利技术提供以下技术方案：
6、本专利技术提供了一种高氮不锈轴承钢，按重量百分比计，所述高氮不锈轴承钢的化学元素成分包括：0.28％～0.34％的c，0.35％～0.44％的n，0.3％～0.8％的si，0.3％～0.6％的mn，14.5％～16.5％的cr，0.95％～1.1％的mo，0.5％～1.0％的ni，余量为fe和其它不可避免的杂质。
7、制备含有上述目标元素的铸锭，然后对铸锭进行锻造和热处理，锻造前先进行高温扩散退火，以减轻元素偏析。
8、将锻造后的钢锭装炉，依次进行后续热处理，具体过程为：正火、球化退火、淬火、深冷、配分和回火。
9、本专利技术提供了一种提高高氮不锈轴承钢组织稳定性的热处理方法，具体包括如下步骤：
10、(1)高温扩散退火
11、在高氮不锈轴承钢的钢锭表面喷涂不锈钢防氧化涂料并自然干燥，然后于350℃以下装炉，以60℃/h～80℃/h的速度升温至800℃～900℃并保温1h～2h，之后以100℃/h～120℃/h的速度升温至1240℃～1260℃并保温10h～12h，然后炉冷，以使凝固过程产生的枝晶组织消失。
12、所述的高氮不锈轴承钢钢锭表面喷涂的不锈钢防氧化涂料，其成分按重量百分比计，包括：3％～5％的zro2，65％～70％的sio2，4％～9％的na2o，1％～5％的b2o3，10％～20％的al2o3，2％～7％的mgo，2％～4％的cao，余量为水。
13、(2)锻造
14、将通过步骤(1)得到的钢锭在炉中以40℃/h～60℃/h的冷却速度冷却至1140℃～1160℃，然后保温1h～2h；之后，采用“两镦两拔”方式进行锻造，锻造比控制在3～5，即，首先沿着钢锭纵向下压，镦粗至原高度的1/2，之后沿钢锭横向下压，拔长至原长度的2倍，接着再沿纵向下压，镦粗至原高度的1/2，最后再沿钢锭横向下压，拔长至原来长度的2倍，钢锭终锻温度控制在945℃～965℃；由于该温度范围为奥氏体、碳化物与碳氮化物共存区域，此钢种具有良好的高温变形性，从而可以避免在锻造过程中发生开裂。锻造结束后先进行喷水冷却，冷却速度为200℃/s～300℃/s，冷却至400℃～500℃，之后空冷，得到锻件。
15、(3)正火
16、将通过步骤(2)得到的锻件于300℃以下装炉，以60℃/h～80℃/h的速度升温至980℃～1000℃，保温1h～2h后空冷至室温，以细化晶粒，并减小开裂倾向。
17、(4)球化退火
18、将通过步骤(3)正火的钢样装炉，以60℃/h～80℃/h的速度升温至820℃～840℃，保温5h～6h，之后以40℃/h～60℃/h的速度降温到640℃～660℃，保温2h～4h，最后炉冷至室温，得到钢样，以获得均匀分布的粒状碳化物和氮化物。
19、根据所述球化退火工艺方法，形成了如图1所示的高氮不锈轴承钢球化退火温度变化曲线图。
20、(5)淬火
21、将通过步骤(4)球化退火的钢样于300℃以下装入淬火炉中，以60℃/h～80℃/h的速度升温至1020℃～1040℃，保温1h～2h以奥氏体化；随后油淬冷却至室温，形成马氏体、碳氮化物和残余奥氏体组织。
22、(6)深冷
23、将通过步骤(5)得到的淬火的钢样在液氮里深冷处理1h～2h，以消除大部分块状不稳定残余奥氏体，获得更多的马氏体组织，在空气中恢复至室温后，得到钢样。
24、(7)配分和回火
25、将通过步骤(6)深冷的钢样移入已升温至180℃～220℃的盐浴炉内，保温5min～90min进行配分处理，以提高残余奥氏体的稳定性；随后再移入已升温至350℃～450℃的回火炉中进行两次回火，每次保温1h～2h，空冷至室温，得到钢样。
26、根据所述淬火-深冷处理-配分-回火工艺方法，形成了如图2所示的高氮不锈轴承钢淬火-深冷-配分-回火温度变化曲线图。
27、根据以上详细描述，本专利技术的高氮不锈轴承钢的热处理方法具有以下有益效果：
28、(1)根据本专利技术的示例性实施例的高氮不锈轴承钢的热处理方法，能够细化晶粒，获得均匀分布的粒状碳化物和碳氮化物；
29、(2)根据本专利技术的示例性实施例的高氮不锈轴承钢的热处理方法，可大幅度提高残余奥氏体的稳定性，改善钢的强韧性，其中，无缺口冲击吸收功达到50j～60j，屈服强度达到1950mpa～2050mpa，抗拉强度达到2150mpa～22本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高高氮不锈轴承钢组织稳定性的热处理方法，其特征在于：按重量百分比计，高氮不锈轴承钢由以下组分构成：0.28％～0.34％的C，0.35％～0.44％的N，0.3％～0.8％的Si，0.3％～0.6％的Mn，14.5％～16.5％的Cr，0.8％～1.1％的Mo，0.5％～1％的Ni，余量为Fe和其它不可避免的杂质；
2.根据权利要求1所述的提高高氮不锈轴承钢组织稳定性的热处理方法，其特征在于：深冷处理采用液氮，保温时间控制在1h～2h；配分处理在盐浴炉中进行，温度控制在180℃～220℃，保温时间控制在5min～90min；回火温度控制在350℃～450℃，保温时间控制在1h～2h。
【技术特征摘要】
1.一种提高高氮不锈轴承钢组织稳定性的热处理方法，其特征在于：按重量百分比计，高氮不锈轴承钢由以下组分构成：0.28％～0.34％的c，0.35％～0.44％的n，0.3％～0.8％的si，0.3％～0.6％的mn，14.5％～16.5％的cr，0.8％～1.1％的mo，0.5％～1％的ni，余量为fe和...
【专利技术属性】
技术研发人员：李花兵，王晓东，章鹏飞，冯浩，王亚博，朱红春，张树才，夏凌风，姜周华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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