含氮不锈钢：新型耐蚀性轴承钢的性能与应用

含氮不锈钢是一种新型耐腐蚀轴承钢，牌号为40Cr15Mo2VN。与传统轴承不锈钢9Cr18相比，含氮不锈钢不仅在力学性能相当的条件下，接触疲劳寿命优于9Cr18，而且耐盐雾腐蚀性能也远优于9Cr18。含氮不锈钢热处理后的硬度要求≥58HRC。某型号含氮不锈钢轴承套圈热处理后表面硬度为55~56HRC，低于标准要求。

圈的加工工艺为：切削→锻造→车削→热处理。

1.理化测试方法

选取热处理过的套圈和机加工后的套圈，采用横线切割的方法制作金相试样，试样的横截面为金相组织观察面。

金相试样经机械研磨抛光后，用饱和苦味酸-酒精溶液腐蚀，用蔡司M2M金相显微镜、JEM-6610扫描电镜观察组织及碳化物分布形貌，用ONH-2000氧氮分析仪测定氮元素，用ARL4460直读光谱仪测定其余元素。

2. 观察结果与分析

（1）化学成分分析

化学成分分析结果见附表，分析结果表明，该环材料化学成分符合标准要求。

（2）硬度试验

分别测试试样表面及截面中心区域洛氏硬度，表面硬度为55~56HRC，截面硬度为58~59HRC，含氮不锈钢热处理后硬度要求≥58HRC，表面硬度低于技术要求，截面硬度符合技术要求。

（3）淬火、回火组织对比

含氮不锈钢热处理后组织应为回火马氏体+少量一次碳化物+弥散分布的二次碳化物。选取热处理后的套圈进行线切割制作金相试样，经饱和苦味酸-酒精溶液腐蚀后在金相显微镜和扫描电镜下观察。正常区域淬火回火组织如图1所示，球状碳化物弥散分布于马氏体基体中；近表面淬火回火组织如图2所示，与正常区域相比，碳化物分布面积大大减少，马氏体组织异常，存在晶粒边界。

图1 正常区域淬火回火组织

图2 近表层区域的淬火回火组织

（4）退火组织对比

取同一批环件车削后、热处理前制成金相试样，腐蚀后在金相显微镜和扫描电镜下观察。正常区域球化退火组织如图3所示，正常区域有均匀分布的细小球状和颗粒状碳化物。环件近表面处的球化退火组织如图4所示，与正常区域相比，近表面处碳化物分布明显减少，有的呈链状分布，类似于9Cr18钢退火时的孪晶碳化物。

图3 正常区域退火组织

图4 近表面区域的退火组织

（5）表面碳含量

采用ARL4460直读光谱仪检测该套圈淬火、回火后表面碳含量，WC约为0.20%，低于标准值。

3. 流程分析

审查该批环的加工工艺及加工设备，热处理及锻造工艺参数符合相关要求。热处理采用真空炉加热淬火，设备运行记录无异常。锻造采用箱式电炉加热，因电炉电阻带损坏，加热炉升温缓慢，锻件毛坯在炉内停留时间过长，导致其除碳深度超过要求范围。车削后环表面有除碳残留物，降低了其热处理后的表面硬度。

四、结论

（1）缺碳造成套圈表面硬度低，这是由于锻造加热炉故障引起的。

（2）套圈表面淬火、回火组织异常，与退火组织中存在链状碳化物有关，会增加其脆性。

（3）锻造、热处理生产过程中，应严格监视设备运行状态，保存完整的加工参数记录，严格按照工艺进行，发现异常情况应加倍取样，防止不合格产品流入下一道工序。

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