轴承钢盘条、轴承钢盘条的制造方法、钢轴承的热处理方法、钢轴承及轴承钢的均热处理方法

专利名称：轴承钢盘条、轴承钢盘条的制造方法、钢轴承的热处理方法、钢轴承及轴承钢的均热处理方法
技术领域：
本发明涉及轴承钢盘条、所述钢盘条的制造方法、轴承、轴承的热处理方法及轴承 钢坯的均热处理(soaking)方法。更具体而言，本发明涉及制造具有优异耐磨性和抗疲劳 性的高碳轴承钢的热处理方法、经过所述热处理的高碳轴承钢的钢盘条、所述钢盘条的制 造方法、通过所述热处理制造的高碳轴承钢及用于制造所述钢盘条的钢坯的均热处理方法。
背景技术：
轴承是一种使得机械装置的轴可转动、固定所述旋转轴、并且支撑所述轴的自重 和施加在所述轴上的荷载的机械部件。当旋转机械装置每单位时间转动若干圈时，与所述 圈数成正比的反复荷载施加在支撑旋转轴的轴承上。由于反复荷载的施加，需要所述轴承 对由所述反复荷载所导致的疲劳断裂具有高抗性，并具有优异的耐磨性。制造所述轴承的 方法包括以下步骤恰当地控制将要制成所述轴承的钢的组成，通过炼钢、连续铸钢和轧制 形成钢盘条，以及将所得钢盘条机械加工成所述轴承。对于轴承制造，含有约1. 0重量％的碳(C)和约1. 5重量％的铬(Cr)的高碳铬钢 已得到最广泛的应用。一般而言，所述高碳铬轴承钢经常通过转炉炼钢法、真空脱气(RH=Rheinstahl huttenwerke & Heraus)和连续铸钢方法制造成钢坯。所述转炉炼钢法包括使铁水转化为 钢水的吹炼法，所述真空脱气的目的是在所述真空脱气方法中尽可能地降低指示夹杂物含 量的总氧含量。将所得钢坯进行均热处理以消除偏析并从钢坯中间部分除去粗碳化物，之 后进行自然通风冷却，然后将其轧制成中小型坯，其进而通过轧制形成盘条。轴承通过以下方式制造将所得盘条通过拉制和球化热处理而机械加工成轴承传 动器的形状例如球形或内/外轮形，然后进行淬火加热处理以确保足够的疲劳强度和耐磨 性。对轴承的典型淬火加热处理通过所谓的QT法进行，其中在淬火后进行回火。在将 轴承加热至钢发生奥氏体化的Ac3温度或更高温度之后，淬火迅速冷却所述轴承。通过淬 火，钢的内部结构经无扩散转变从奥氏体转化为硬马氏体。尽管通过淬火得到的马氏体非 常硬，然而由于韧性差，其不能直接用作轴承。因此，在淬火后进行回火以改善轴承的韧性。 回火是通过无扩散转变所形成的马氏体的沉淀方法，并其通过将轴承保持在预定温度下而 实施，以使所述马氏体中过饱和的碳可以碳化物形式沉淀，从而减少或除去由淬火导致的 残余应力并使硬化的微结构退火。作为回火的重要特征，细小碳化物在马氏体中析出，并且 所述马氏体转化为回火马氏体。当通过上述方法制造时，轴承钢具有由回火马氏体和碳化物构成的内部结构，并 且其表面硬度为约60HRC或更高。即使轴承通过上述QT方法进行热处理，当用于苛刻条 件——例如滚动接触——时，其耐磨性和抗疲劳性也经常不足。
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这是由于在回火马氏体中形成的碳化物对钢的韧性具有不利影响。这在钢的内部 结构形成接近100 %回火马氏体时会发生。如上所述，即使硬度非常高，韧性和延性却很差。 因此，问题是韧性和延性在回火马氏体中不能得到充分的改善。此外，所述QT方法需要至少2小时，这导致其他问题例如制造成本增加和生产率 降低。

发明内容
技术问题作出本发明以解决现有技术中的前述问题。本发明的一个或多个方面提供轴承钢 盘条，其可有利地通过淬火和分配制造成新轴承钢，从而使所述新轴承钢的韧性较通过常 规QT处理制造的轴承钢得以极大改善。本发明的一个或多个方面提供新轴承钢的热处理方法——其与常规QT处理相比， 可甚至用更短的热处理时间极大地提高韧性一以及通过该方法制造的轴承。本发明的一个或多个方面提供用于轴承的钢盘条，其可有利地用于制造本发明的 上述轴承。本发明的一个或多个方面提供钢坯的均热处理方法，通过该方法可消除钢坯中的 偏析，从而有利地提供本发明的上述轴承。技术方案根据本发明的一个方面，轴承的热处理方法可包括以下步骤淬火含有0. 5-1. 20 重量％的碳和1. 0-2. 0重量％的硅的轴承形钢件；使经淬火的钢件在Ms-IOOt^IjMs的温度 范围内进行分配至少10分钟，其中Ms表示马氏体开始形成的温度。在一个示例性实施方案中，所述热处理方法还包括在钢件的淬火与分配之间使经 淬火的钢件保持在淬火温度下至少一分钟。此处，所述轴承形钢件还可含有选自0.20-1. 00%的锰、1.30-1. 60重量％的铬、
最高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种元素。所述轴承形钢件可含有最高至0. 025重量％的磷和最高至0. 025重量％的硫作为 杂质。经淬火钢件的保温可进行10分钟或更短。
分配可进行30分钟或更短。根据本发明的另一方面，通过上述热处理方法制造的轴承可含有0. 50重 量％ -1. 20重量％的碳和1. 0重量％ -2. 0重量％的硅，并且其内部结构包含马氏体和残余 奥氏体。所述轴承还可含有选自0.20-1. 00重量％的锰、1.30-1. 60重量％的铬、最高至 0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种元素。所述残余奥氏体的体积分数可为5-15%。此时，内部结构中可基本不包括除球化碳化物以外的任何类型碳化物。根据本发明的另一方面，轴承钢盘条可含有0. 50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重
量％的硅。所述钢盘条还可含有选自0. 20-1. 00重量％的锰、1. 30-1. 60重量％的铬、最高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种元素。所述钢盘条还可含有最高至0. 025重量％的磷和最高至0. 025重量％的硫作为杂 质。根据本发明的还有一个方面，轴承钢盘条的制造方法包括以下步骤将含有 0. 50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重量％的硅的钢坯进行均热处理；轧制经均热处理的钢 坯；并冷却所轧制的钢坯，其中冷却可以rc /秒或更低的速度进行。所述钢坯还可含有选自0. 20-1. 00重量％的锰、1. 30-1. 60重量％的铬、最高至 0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种元素。根据本发明的还有另一方面，所述均热处理方法包括以下步骤制备包含 0. 50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重量％的硅的轴承用钢坯；并消除所述钢坯中的偏析，其 中所述均热处理在1190-1250°C的处理温度下进行，并且处理时间为至少1小时。此处，所述钢坯还可含有选自0. 20-1.00重量％的锰、1.30_1.60重量％的铬、最 高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种元素。所述钢坯还可含有最高至0. 025重量％的磷和最高至0. 025重量％的硫作为杂 质。优选地，进行所述均热处理的处理时间不超过6小时。有益效果如上所述，本发明与常规QT热处理相比可显著改善轴承韧性，从而极大改善所述 轴承的耐磨性和抗疲劳性特征。


图1是比较淬火-回火(QT)处理(a)与淬火-分配(QP)处理(b)的投影图；图2是显示在QT处理(a)和QP处理(b)后本发明实施方案的发明钢2的结构的 显微照片；图3是显示在QT处理(a)和QP处理(b)后本发明实施方案的发明钢7的结构的 显微照片；图4是显示本发明的一个实施方案中所用轴承件的马氏体转变开始温度的测量 结果的曲线；图5是显示根据常规例(a)制造的轴承和根据发明例(b)制造的轴承的显微照 片；图6是显示由于本发明实施方案中所用钢坯的中心偏析而形成的粗碳化合物的 显微照片；图7是显示不同均热处理条件下内部结构的显微照片。
具体实施例方式下文对本发明进行详细描述。经过为解决本领域前述问题而进行的不懈努力，本发明的发明人发现要改善轴承 的韧性，不仅必须形成马氏体作为内部结构，而且必须确保残余奥氏体结构；并且基于此发 现提出了本发明。
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然而，根据典型高碳铬轴承的组成体系，当轴承经过奥氏体化并迅速冷却以形成 马氏体时，在所述轴承中不能获得足够量的残余奥氏体部分。此外，残余奥氏体还易受所谓 由转变引起的塑性的作用，其中所述残余奥氏体由于在使用中施加在轴承上的荷载而又转 变为马氏体。最终，所述轴承钢只由回火马氏体和马氏体结构构成。此外，由于从残余奥氏体转变为马氏体伴随尺寸的改变，因此所述转变严重破坏 了所述轴承的尺寸精度。这可导致噪音问题或者会迅速加快所述轴承的疲劳断裂和磨损。因此，在所述轴承钢中，稳定残余奥氏体从而使得即使对残余奥氏体施加压力其 也不转变为马氏体与形成残余奥氏体同样重要。因此，发明人推断出以下实现本发明目的的先决条件应控制轴承钢的组成以使 其与常规轴承的组成不同，应采用淬火-分配(QP)的新方法以形成合适分数的残余奥氏体 以及稳定所述残余奥氏体。QP处理表示淬火和分配，其首先在国际公布文本W02004/022794中提出。分配是 这样一种处理方法，其中将包括马氏体和残余奥氏体的经淬火的钢加热并保持在低温下以 使马氏体中的碳(C)扩散到所述残余奥氏体中从而在低温下进一步稳定所述残余奥氏体。 图1是比较QT处理(a)与QP处理(b)的图。在图1中，Ms表示马氏体开始形成的温度(下 文称为“马氏体转变开始温度”)，Mf表示马氏体形成终止的温度(下文称为“马氏体转变终 了温度”)。从图中可见，淬火温度更优选地在Ms和Mf之间，因为这对通过QP方法保留残余 奥氏体很重要。因此，所述分配形成马氏体——其基本不含碳化物——和稳定的残余奥氏体。然而，本领域已知的QP处理不能直接应用于轴承钢。因为轴承钢含有大量的C，即 使所述轴承钢在分配温度下进行处理，C仍很可能在马氏体中沉淀而不扩散到残余奥氏体 中。这导致稳定残余奥氏体的最初目的不能实现。因此，必须改变钢的组成以使C可在分配中容易地扩散到残余奥氏体中从而稳定 所述残余奥氏体。为此目的，发明人发现，为了使C在分配中有效地扩散到残余奥氏体中， 使钢中的C含量为0. 50-1. 20重量％并将钢中的硅含量改变为1. 0-2. 0重量％ (这显著高 于本领域广泛使用的100Cr6(SAE52100 = JIS-SUJ2)轴承中的硅含量)是有效的。与C 一样，硅(Si)是周期表第4族的一种元素，并与C竞争原子位点。由于C在 高Si含量下变得热力学不稳定，因此C从马氏体中扩散到溶解度更高的残余奥氏体中。结 果，所述残余奥氏体经进一步稳定，从而获得本发明想要达到的效果。下文会更详细地描述 为何对C和Si的含量进行如上限制。C :0· 50-1. 20 重量％碳(C)不仅是一种对确保轴承强度而言非常重要的元素，而且对根据本发明稳定 残余奥氏体结构是必需的。C含量优选地为0.50重量％或更高。在较低的C含量下，轴承 由于低强度和低疲劳强度而不适用于机械部件。与之相对的，C含量的上限设定为1.20重 量％。在较高的C含量下，不溶解的粗碳化物的存在降低了疲劳强度并在钢尚未淬火时降 低了可加工性。所述轴承钢的更优选含量可从上述范围分为两种模式。一种模式是C含量 为0. 95-1. 05重量％的轴承钢，其类似于本领域分类为100Cr6(SAE52100 = JIS-SUJ2)的 高碳轴承钢的含量。另一种的C含量为0. 5-0. 7重量％，其类似于中碳轴承钢的含量。Si :1. 0-2. 0 重量％
为能够进行难以在上述常规轴承中进行的分配，硅(Si)优选以1. 0重量％或更多 的量加入。但是，还要求Si的量不能超过上限2.0重量％。过量的Si含量可能由于与C 进行位点竞争而导致脱碳作用，并与C 一样在钢尚未淬火时降低可加工性。在本发明中，轴承和用于制造轴承的钢盘条的组成包括0. 5-1. 20重量％的碳和 1. 0-2. 0重量％的硅。本文中的术语“包括”应理解为开放性限制，其包括上述元素但不排 除其他元素的开放性限制。本领域技术人员可通过从常规轴承钢的多种组成和标准中以及 从背景技术中以上所述的本领域知识中选择其他元素而在钢的组成中“包括”其他元素。例如，所述轴承或钢盘条可优选地包括下列元素中的至少一种。下文描述了可加 入钢组成中的元素。Mn :0· 20-1. 00 重量％锰(Mn)是一种通过改善淬透性而确保钢强度的重要元素。Mn的优选含量为0. 20 重量％或更高但不超过1. 00重量％，因为过量的Mn在钢尚未淬火时降低可加工性。鉴于 这些原因，Mn优选地以0. 25-0. 45重量％的量加入。Cr :0· 10-1. 60 重量％铬(Cr)是一种通过改善淬透性而确保钢强度的元素，并对钢的微观结构精炼起 作用。Cr优选以0. 10重量％或更高、更优选地为1.30重量％或更高的量加入以使作用最 大，但不超过1. 60重量％，因为其作用在过量下是饱和的。Al 0. 1重量％或更低在钢中可加入铝(Al)是因为铝是一种可在钢生产中用作强氧化剂的元素，具有 钢精炼作用，并通过与钢中的氮形成复合物而精炼颗粒。然而，加入的Al含量优选地为0. 1 重量％或更低，因为Al超过0. 1重量％反而降低钢精炼作用和疲劳寿命。Al含量的下限未 做具体限定，因为Al不是必须加入的。Ni 1.0重量％或更低镍(Ni)是一种改善钢淬透性并增强淬火部件韧性的元素，加入的上限为1. 0重 量％。当加入铜(Cu)时，加入Ni的量优选地为铜量的一半以避免热脆化。Ni含量的下限 未做具体限定，因为镍不是必须加入的。Cu 1.0重量％或更低加入铜(Cu)是为了通过提高淬透性而增加淬火部件的硬度，但加入的量不超过 1.0重量％因为当加入的量超过1.0重量％其作用是饱和的。Cu含量的下限未做具体限定， 也是因为Cu不是必须加入的。此外，在轴承和/或其制造过程中不可避免地包括杂质，但其最高含量不可对轴 承具有不利影响。本领域技术人员可通过容易地限制所述杂质的量和根据所需范围进行精 炼而制造杂质含量得以控制的用于轴承的钢盘条，以及由所述钢盘条得到的轴承。在杂质 中，由于磷(P)、硫(S)、氧(Tot. 0)和钛(Ti)对轴承的物理性能有较大影响，因此对它们的 含量进行具体描述。P :0. 025重量％或更低由于磷(P)是一种当在晶界偏析时降低韧性的元素，因此P含量可有利地受到限 制。就炼钢方法的装载量等而言，P含量被限制为不超过0.025wt%，并且优选地不超过 0. 02wt%o
S :0. 025重量％或更低虽然硫⑶用于改善钢的可加工性，但是其与P —样当在晶界偏析时降低韧性并 且通过与Mn结合时形成硫化物而降低疲劳寿命。因此，优选地限制S的含量。就炼钢方法 的装载量等而言，S含量被限制为不超过0. 025wt%,并且优选地不超过0. 02wt %。0: l2ppm 或更低氧(0)是氧化物夹杂物的指示物并对疲劳强度有影响。当钢中的0含量很高时，大量氧化物夹杂物的分布具有降低轴承疲劳强度的不利 影响。通过氧/氮(0/N)分析仪测定，0含量优选地为基于Tot. 0的12ppm或更低。Ti :0· 01重量％或更低钛(Ti)通过与N结合时形成粗氮化物而降低疲劳寿命。优选地，Ti含量被严格 限制为0.01重量％或更低。当将上述本发明的轴承钢被加工成轴承、然后进行淬火和分配热处理时，C恰当地 分配从而使钢中的残余奥氏体足够稳定。因此这可有利地克服本领域的问题，本领域中残 余奥氏体会经由轴承使用时的转变产生的塑性而转变为马氏体。根据另一个方面，本发明包括如下过程将具有上述组成的轴承形部件奥氏体化， 将所述轴承形部件淬火，然后通过热处理使所述轴承形部件进行分配。所述淬火与本发明 的领域中广为人知的淬火类似。所述淬火必须进行以将所述轴承形部件迅速冷却(水冷或 油冷)到马氏体转变开始温度轧或其以下。所述马氏体转变开始温度Ms可通过下面的公 式(1)表示MS(°C ) = 512-453C-16. 9Ni+15Cr-9. 5Mo+217 (C) 2_71· 5 (C) (Mn) -67. 6 (C) (Cr) 公式(1)其中C、Ni、Cr、Mo、Mn等表示各个元素的重量％。随后的分配必须通过仔细考虑本发明轴承钢的组成特征来确定。在本发明中，必 须通过Si来促进C的扩散，即通过使Si含量增加至超过典型轴承中的Si含量，从而使存 在于马氏体中的大量C原子可扩散到残余奥氏体中。此处，必须限制分配温度，因为如果未 精确地控制分配温度，则C可能在马氏体结构和残余奥氏体结构之间以与本发明的意图不 同的方式分布，以致于未有效地使残余奥氏体稳定。为获得可靠的C分布，Si保持其位点但C因Si导致不稳定从而扩散是有利的。换 言之，优选地防止Si扩散但允许C扩散。这里，所述分配温度优选地在从Ms-100°c到Ms的 范围内，因为必须让C尽可能多地扩散同时防止Si扩散。同时，因为当温度MS-100°C对于 钢的组成而言太低时，可能由于碳的扩散速度缓慢而花费过多的扩散时间，所以所述分配 温度的下限优选设定为100°C。因此，本发明的淬火-分配是通过淬火所述轴承形部件、随后在1^_1001与Ms之 间的温度下加热所述部件、然后在相同的温度下保持预定时间而进行的。此处，所述分配时 间表示出对C的扩散而言足够的时间，本发明并未对该时间做具体限制，因为本领域技术 人员无需进行过度的重复实验就可容易地确定分配时间。例如，10分钟或更长的时间是足 够的。尽管不必具体地限制所述分配时间的上限，然而鉴于生产率的下降，可优选30分钟 或更短的时间。因此，本发明一个方面的轴承的热处理方法包括淬火轴承部件——其被加工成 具有本发明有利组成的轴承形状一和在从Ms-IOCTC到Ms的温度范围内使经淬火的轴承
9部件分配至少10分钟。本发明的另一方面提供一种独特的淬火和分配方法，其更适于本发明合金的组 成。如上所述，所述淬火与典型淬火方法类似。然而，随后的分配与本发明上述方面或 国际公布文本W02004/022794的公开内容不同。此处，提供更独特的方法以确保轴承钢热 处理后的硬度和韧性。换言之，本发明的另一方面不在淬火后立即进行热处理，而是需要一个将经淬火 的轴承保温预定时间或更久的步骤。作为另一种特征，本发明具有淬火、保温和分配钢的方 法。此处，术语“保温”是指将样品保持在淬火终止温度而不对所述样品进行加热。根据发明人的研究，保温经淬火的样品是一种非常有效的稳定残余奥氏体方法。 由于刚淬火后所述样品在表面和中间部分存在温度差异，因此淬火后立即加热样品可能产 生结构不均勻性。为防止这一不利影响，淬火后预定的保温时间是必需的。淬火后的保温 时间优选为一(1)分钟或更长。所述保温时间的上限无需限制，因为淬火后继续使样品保 温不会造成问题。或者，从产率的角度考虑可将所述保温时间设为30分钟或更短，因为过 长的保温时间可能降低产率。轴承在淬火后进行保温之后，优选地进行分配。如上所述，分配温度限制在 Ms-IOOt^IjMs的范围内。分配温度优选为轧-1001或更高，因为当分配温度太低时几乎不 能获得所述分配想要达到的效果。同时，分配温度的下限更优选地为100°C，因为当温度 Ms-KKTC对于钢的组成而言太低时，可能由于碳的扩散速度缓慢而花费过多的扩散时间。 与之相对的，过高的分配温度是不优选的，这也是因为可能发生回火脆化。此外，尽管需要 分配以只使C扩散到奥氏体区域中，Si的反扩散仍是可能的。因此，优选地将分配温度限 制为Ms或更低的温度。分配可优选地进行至少10分钟，以确保足够的分配效果。长分配时间不会造成特 别问题，因为分配是马氏体中溶解的C向残余奥氏体扩散的单向过程。因此，不必特别地设 定分配时间的上限。优选地，可将分配时间设定为30分钟或更短，因为增加分配时间可降 低产率而且分配时间超过30分钟并不提供更明显的效果。如此，所述分配时间显著短于常 规QT法的回火中所需的时间，从而极大地促进产率的增加。因此，本发明一个方面的轴承的热处理方法包括淬火轴承部件——将其加工成 具有本发明有利组成的轴承形状，保温经淬火的轴承部件至少1分钟，以及在WMs-IOiTC到 Ms的温度范围内对经保温的轴承部件进行分配至少10分钟。尽管通过常规QT方法制造的轴承的内部结构中形成了回火马氏体和碳化物，但 是本发明一个方面制造的轴承的内部结构中存在马氏体和残余奥氏体。此外，根据本发明制造的轴承钢中残余奥氏体的体积分数优选地为5_15%。所述 体积分数优选地为5%或更多，因为如上所述，残余奥氏体是增加轴承韧性的必要结构。当 残余奥氏体的分数过高时，所述残余奥氏体可能未充分稳定，因为C以分散状态扩散。作为 一种不利影响，部分残余奥氏体可能转变为马氏体。这可能严重地破坏尺寸精度从而使轴 承可在使用中由于有缺陷的尺寸精度而遭到损坏。因此，残余奥氏体分数的上限优选地设 为 15%。此外，本发明轴承可具有这样的结构，其中马氏体基本不含碳化物，这与通过常规QT方法制造的轴承不同。或者，当如下所述制造的盘条进行拉伸和球化时，碳化物可通过球 化热处理形成于马氏体的一部分中。本发明轴承可包括此类碳化物。通过所述球化所形成 的碳化物的粒度为约0. 5 μ m或更大，但优选地不超过2 μ m。此类碳化物可容易地与通过常 规淬火和回火形成的超细微碳化物区分开。因为通过常规淬火和回火所形成的碳化物太细 微，其可使用电子显微镜观察到但无法通过光学显微镜观察到。与之相对的，通过所述球化 所形成的碳化物较粗并因此可容易地辨认。通过所述球化所形成的碳化物的存在是可接受 的，因为其对韧性无明显的不利影响反而增加耐磨性。具有上述有利特征的本发明轴承由轴承钢盘条加工通过常规方法的拉伸和球化 成轴承形式，然后进行热处理。因此，用于本发明轴承的盘条需具有上述轴承钢的组成，所 述组成对于通过在淬火和分配中分配C而稳定残余奥氏体是有利的。具体地，所述组成含 有0. 50-1. 20重量％的C和1. 0-2. 0重量％的Si。其他另外的元素和杂质已在前文中进行 了描述。轴承钢盘条可优选地通过将钢坯进行均热处理和轧制成盘条并对所述盘条进行 退火而制造，其中退火以rc或更低的极慢速度进行，从而使所述钢坯的物理性能适于随后 的拉伸和球化。钢的延性由于极慢的退火而得以改善，从而有利于拉伸。尽管用于制造盘条的钢坯可优选地通过铸造中形成的内部偏析而进行均热处理， 然而目前还未提出用于新组分系统的均热处理方法。因此，本发明的另一方面提供用于所 述组分系统的均热处理方法，下面对其进行详细描述。以下将描述处理温度和时间，因为它 们在所述均热处理中是特别重要的。处理温度1190-1250°c需要1190°C或更高的处理温度以促进C扩散到本发明的组分系统中。不优选低处 理温度，因为钢坯中间部分的粗碳化物不容易溶解或扩散。与之相对的，过高的处理温度耗 费不必要大量的能量并使所述钢坯表面发生脱碳。因为脱碳的部件因硬度差而不能用于轴 承，所以需要进行热轧件火焰清理以除去脱碳的部件。然而这可能造成诸如增加处理量和 材料损失的问题。因此，处理温度的上限设为1250°C。处理时间1小时或更长处理时间也是对于偏析组分的扩散有较大影响的因素。需要至少一小时的处理时 间以引起充分的扩散。更优选地，需要1.5小时或更长的处理时间。所述处理时间的上限 没有特别要求，因为增加处理时间不会降低均热处理效率。优选地，考虑到材料脱碳和处理 成本，将上限设为6小时。因此，本发明一个方面的轴承钢坯的均热处理方法的处理温度为1190-1250°C，处 理时间为至少1小时。发明方案下文就实施例对本发明进行更详细的描述。然而，应理解，下面的实施例以举例方 式提供，而不限制本发明的范围。更确切地，本发明的范围应由所附权利要求和其等效方案 所限定。实施例对轴承组成的作用的观察制备具有如下表1所示组成的轴承类部件以观察组分的分配作用。表中未示出的任何组分都可以以痕量的量包含，所述痕量不具有显著的影响。表1 注)CS1)对比钢，IS2)发明钢由具有高碳钢轴承组成的对比钢1和发明钢1-4制造轴承，其通过以下方式制造 在840°C下加热钢30分钟，随后将所述钢迅速冷却至70°C，保温5分钟，然后将所述钢保持 在Ms-KTC的温度下10分钟，其中Ms由上文的公式1得到。还进行了淬火和回火(QT)以 比较QT处理与淬火-分配(QP)处理对各种高碳轴承的作用。所述淬火以相同的方式进行， 但所述回火通过将在升高的温度180°C下的加热并保温30分钟而进行。此外，由具有中碳钢轴承组成的对比钢2和发明钢5-9制备轴承，其通过以下方式 制造在900°C下加热钢30分钟，随后将所述钢迅速冷却至150°C，保温10分钟，然后将所 述钢在250°C下保温10分钟。还进行了淬火和回火以比较QT处理与QP处理对各种高碳轴 承的作用。所述淬火以相同的方式进行，但所述回火通过将在升高的温度260°C下加热并保 温30分钟而进行。测量在上述方法中制造的轴承的硬度和残余奥氏体分数，结果示于下表2 表2
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注)CS1)对比钢，IS2)发明钢从上表1可理解，在Si含量相对较低且在本发明范围之外的比较钢1和2中的残 余奥氏体分数小于4%，即使是经淬火和分配(QP)处理后。此残余奥氏体分数低于发明钢 的残余奥氏体分数，其通常为6. 87%或更高。当残余奥氏体分数小于4%时，没有足量的C 扩散到残余奥氏体中，因此轴承的韧性差。还可理解的是，当C含量相似时，对比钢1和2各自与发明钢1-4和发明钢5-8的 各组相比硬度都较低。这表明当Si含量不足时，几乎不能获得所需水平的硬度。此外，还可理解，当组成相同时，所述淬火和分配处理导致的硬度和残余奥氏体分 数远高于所述淬火和回火处理。图2和3比较了对比钢2和7进行淬火和回火的情况(a)与发明钢2和7进行淬 火和分配的情况(b)。从图中可看出，情况(a)的残余奥氏体分数明显低于情况(b)。淬火后保温时间的作用的观察发明例将具有如下组成的钢盘条拉伸、球化，然后制成轴承形状Fe、0. 972 %的C、 1. 71% 的 Si、0. 349% 的 Μη、0. 019% 的 Ρ、0· 009% 的 S、0. 032% 的 Al、1. 46% 的 Cr、0. 051% 的 Ni、0. 009%的 Cu、0. 005%的 Ti、0. 0009%的 0(氧)。在840°C下加热30分钟后，通过在温度比Ms低100°C的油中迅速冷却而进行淬火 以获得马氏体微观结构。接着，保持所述温度5分钟，然后升高至150°C并保温10分钟，从 而制造本发明的轴承。常规例常规轴承通过以与发明例相同的方式进行淬火、随后在180°C下回火1小时而制造。结构比较
由发明例和常规例制造的轴承的内部结构示于图5。从图5的显微照片可看出，常 规例的轴承(图5(a))以回火马氏体作为其主要内部结构，其中碳化物分布在所述回火马 氏体中。与之相对的，发明例的内部结构(图5(b))由马氏体和其中基本不存在碳化物的 残余奥氏体组成。关于残余奥氏体分数，常规例的残余奥氏体分数仅为0. 64%，而发明例的 残余奥氏体分数为8.0%，其在本发明残余奥氏体分数的范围内。硬度将常规例与发明例的硬度进行比较。常规例的硬度为60. 2HRC而发明例的硬度为 62HRC。这表明发明例的硬度与常规例相同或更优。因此，应理解，当根据本发明制造方法制造轴承时，轴承钢的轧制疲劳寿命可因高 硬度而增加。均热处理的作用的观察从截面积为300mmX400mm的连铸钢坯的中间部分中取出20mmX 20mmX 20mm大小 的样品。所述钢坯的中间罐组成为Fe、0. 972重量％的C、l. 71重量％的Si、0. 349重量％ 的Μη、0· 019重量％的Ρ、0· 009重量％的S、0. 032重量％的Al、1. 46重量％的Cr、0. 051重 量％的Ni、0. 009重量％的Cu、0. 005重量％的Ti、0. 0009重量％的0。图6是显示所述钢 坯内所形成的粗碳化物的显微照片。按照下表3所示的多组温度和保温时间将取出的样品进行均热处理。观察所述样 品的横截面以检查粗碳化物是否完全被除去，结果示于表3。在下表中，标记“ X ”表示粗碳 化物有残余，未被完全除去；标记“〇”表示粗碳化物完全被除去。表3 从上表可理解，当所述均热处理进行0. 5小时时，不管温度为多少，碳化物都不能 完全被除去。当均热处理进行1小时时，在1190°C和1200°C的热处理温度下因残留一定量的粗碳化物而未获得完全的均热处理效果。在其他温度下获得了充分的处理效果，因为仅 残余少量细微碳化物而基本不存在粗碳化物。当处理时间为1. 5小时或更长时，观察到在本发明限定的1190°C的温度下粗碳化
物完全被除去。为支持此结果，图7示出了按照示于表1的某些因素的处理温度和时间的样品的 显微照片。图7(a)表示在1200°C下处理0.5小时的结果，7(b)表示在1225°C下处理0. 5小 时的结果。图7 (a)和(b)显示粗碳物几乎未被除去。与之相对的，图7 (c)示出了在1200°C 下处理1. 5小时的结果，其中绝大部分粗碳化物被除去而尚残余部分细微碳化物。所述细 微碳化物与粗碳化物相比对轴承疲劳寿命几乎无不利影响。图7(d)示出了在1225°C下处 理1小时的结果，其中粗碳化物也极好地被除去。因此，可理解本发明的有益效果。
权利要求
一种轴承热处理方法，包括淬火包含0.5 1.20重量％碳和1.0 2.0重量％硅的轴承形钢件；以及使经淬火的钢件在Ms 100℃到Ms的温度范围内分配至少10分钟，其中Ms表示马氏体开始形成的温度。
2.权利要求1的热处理方法，还包括将经淬火的钢件在钢件的淬火和分配之间保温至 少一分钟。
3.权利要求1或2的热处理方法，其中所述轴承形钢件还包含选自0.20-1. 00重量％ 的锰、1. 30-1. 60重量％的铬、最高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0 重量％的铜的至少一种元素。
4.权利要求1或2的热处理方法，其中所述轴承形钢件包含最高至0.025重量％的磷 和最高至0. 025重量％的硫作为杂质。
5.权利要求1或2的热处理方法，其中经淬火钢件的保温进行10分钟或更短。
6.权利要求1或2的热处理方法，其中所述分配进行30分钟或更短。
7.一种轴承，包含0. 50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重量％的硅，并具有包含马氏体和 残余奥氏体的内部结构。
8.权利要求7的轴承，还包含选自0.20-1.00重量％的锰、1.30-1. 60重量％的铬、最 高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种元素。
9.权利要求7或8的轴承，其中所述残余奥氏体的体积分数为5-15%。
10.权利要求9的轴承，其中在内部结构中基本不包括除球化碳化物以外的任何类型 碳化物。
11.一种用于进行淬火和分配的轴承钢盘条，包括0. 50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重量％的硅。
12.权利要求11的轴承钢盘条，还包含选自0.20-1. 00重量％的锰、1.30-1. 60重量％的铬、最高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至少一种 元素。
13.权利要求11或12的轴承钢盘条，还包含最高至0.025重量％的磷和最高至0. 025 重量％的硫作为杂质。
14.轴承钢盘条的制造方法，其包括将含有0.50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重量％ 的硅的钢坯进行均热处理，将经均热处理的钢坯轧制成盘条，和冷却所述盘条，其中冷却可 以rc/秒或更低的速度进行。
15.权利要求14的方法，其中所述钢坯还包含选自0.20-1. 00重量％的锰、1. 30-1. 60 重量％的铬、最高至0. 1重量％的铝、最高至1. 0重量％的镍和最高至1. 0重量％的铜的至 少一种元素。
16.一种均热处理方法，其包括制备包含0. 50-1. 20重量％的碳和1. 0-2. 0重量％的 硅的轴承钢坯，和消除所述钢坯中的偏析，其中所述均热处理在1190-1250°C的处理温度下进行，并且处理时间为至少1小时。
17.权利要求16的均热处理方法，其中所述钢坯还包含选自0.20-1. 00重量％的锰、 1.30-1. 60重量％的铬、最高至0. 1重量％的铝、最高至1.0重量％的镍和最高至1.0重 量％的铜的至少一种元素。
18.权利要求16或17的均热处理方法，其中所述钢坯还包含最高至0.025重量％的磷 和最高至0. 025重量％的硫作为杂质。
19.权利要求16或17的均热处理方法，其中处理时间不超过6小时。
全文摘要
一种制造具有优异耐磨性和抗疲劳性的高碳轴承钢的热处理方法、经过所述热处理的高碳轴承钢的盘条、所述盘条的制造方法、通过所述热处理制造的高碳轴承钢及用于制造所述盘条的钢坯的均热处理方法。所述轴承热处理方法包括以下步骤淬火含有0.5-1.20重量％的碳和1.0-2.0重量％的硅的轴承形钢件；使经淬火的钢件在Ms-100℃到Ms的温度范围内分配至少10分钟，其中Ms表示马氏体开始形成的温度。
文档编号C21D1/18GK101903539SQ200880121939
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月20日
发明者金宽镐 申请人:Posco公司