本发明涉及钢及其制备方法，特别涉及一种轴承钢及其制备方法。
背景技术：
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。目前常用的轴承钢多为高碳铬轴承钢，其中含碳量为1％左右，含铬量为1.5％左右。滚动疲劳寿命是轴承钢的重要指标之一，但是滚动疲劳效应通常因为钢铁中的非金属夹杂物或者共晶碳化物而降低。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供一种轴承钢及其制备方法，增加轴承钢的均匀性、硬度、耐磨性及轴承钢耐高温性能。
技术方案：本发明所述一种轴承钢，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb、0.2-0.5％si、0.1-0.5％al、1.1-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5v％，余量由fe及不可避免的杂质构成。
c的存在才可对钢铁进行热处理，调节和改变钢铁的力学性能，当c在一定范围时，提高c的含量可以提高钢的硬度和强度，但含量过高，钢的韧性和塑性下降，本发明选用0.5-1％c，可以很好的提高钢的硬度和强度，在该范围内，钢的韧性和塑性良好，本发明中的c主要以化合碳的形式存在。
mn在钢中的作用为提高钢的淬透性，起固溶强化作用，增加钢的强度和硬度，但是mn含量过高，则会增加钢的过热敏感性。本发明选用0.1-0.3％mn，提高钢的可锻性，降低钢的热脆性，提高了钢的耐高温性能。
pb作用为降低疲劳强度。但是pb的含量需要进行严格控制，含量过高则会降低钢的冲击韧性，且降低钢的塑性，故本发明经过反复的试验且与其他组分进行配伍，发现pb在0.01-0.1％范围内，可以很好的增加钢的耐疲劳性，且不会造成钢塑性的降低。
si在本发明中主要是作为脱氧剂，并且可以减少晶体的各向异性倾向，增加钢的强度、耐热性和耐磨性，在普通钢铁中，硅的含量通常为0.4％以上，硅的含量不合适则会破坏钢的连续性，且会形成与钢无法相容的颗粒，增加钢材料的磨损，不利实现本发明的目的，故经过反复对比和筛选，本发明采用0.2-0.5％范围内的si。
al在本发明中作为脱氧剂、脱气剂和致密剂，与氧生成al2o3，形成的al2o3在进行表面淬火处理后，可以很好的增加钢的耐磨性，但是al含量过高，形成的al2o3则无法很好的与钢结合，减少钢的均一性，影响钢的耐磨性，经过反复筛选，本发明选择0.1-0.5％al。
cr在本发明中增加了钢的淬透性，提高钢的强度、硬度和韧性，提高钢的综合性能，与本发明的c形成化合物，可以很好的增加钢的耐磨性、抗氧化性、耐蚀性，传统的高铬钢作为轴承用主要是利用了cr的此种优良性能，但是cr含量过高，则会出现硬而脆的中间产物，且增加了钢的脆性转变温度，本发明在传统的高铬钢的基础上，降低了部分cr的使用量，增加了其他组分，发现，其他组分的加入，不仅可以提高传统高铬钢的耐磨性，且全面提高了轴承钢的综合性能，最终本发明cr含量为1.1.-1.3％。
s通常作为有害成分存在，本发明中添加s的原因为s与组分中的mn形成的mns，少量mns的存在可在不降低钢的硬度条件下，增加钢的塑性，但是s含量过高，增加塑性，但是会破坏钢的连续性，加热时会引起热裂等不良影响，故s的含量需严格控制，本发明选用了0.01-0.05％含量的s。
w增加了钢的回火稳定性、热强性和耐磨性，提高钢在高温时的抗蠕变能力，但是w的含量过高，容易与组分中的c、fe等其他成分形成含量过高的化合物，影响钢的耐磨性，故本发明最终选用了0.03-0.1％w。
v在本发明中主要提高钢的耐磨性和耐高温性能，同时还具有提高钢强度的效果。v与组分中的c形成的化合物对提高钢的硬度和耐磨性效果明显，同时该化合物可以与钢很好的结合，不会因为颗粒弥散造成的钢的不均匀，经过对钢材料的性能测定，最终选用0.01-0.5％v。
优选地，所述轴承钢由以下质量百分比组分组成：0.6-0.8％c、0.1-0.2％mn、0.05-0.1％pb、0.3-0.5％si、0.3-0.5％al、1.1-1.2％cr、0.02-0.04％s、0.05-0.08％w、0.1-0.3％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
最优选地，所述轴承钢由以下质量百分比组分组成：0.7％c、0.2％mn、0.08％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
本发明所述一种轴承钢的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb和0.2-0.5％si，保温20-30min，继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.5％al、1.1.-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5％v，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，降温至1200-1300℃，进行浇铸，表面淬火处理，得成品。
进一步地，所述表面淬火是指用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却。
除非另有说明，本发明中％为质量百分比。
有益效果：本发明所述的轴承钢具有优良的耐磨性、硬度和耐高温性能。
具体实施方式
一、原料和检测方法
1、原料来源
本发明采用的原料的具体参数如下：
c粉(约1μm)；mn为0.6-1.2mm，购自耒阳大吉锰业有限公司；pb粒度为200-300目，cr粒度为80-325目，w粒度为200目，v粒度为100目，购自北京兴荣源科技有限公司；si粒度为1000目，购自徐州凌云硅业有限公司；其余原料均为市购所得。
2、检测方法
2-1硬度测定
参考《gb/t230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》
2-2拉伸试验
参考《gb/t228金属材料拉伸试验室温试验方法》
2-3冲击试验
参考《gb/t229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》
2-4磨损性能测试
试样尺寸：4mm×4mm×5mm，磨损面为4mm×4mm。试验所用砂纸为600目氧化铝耐水砂纸，压力为90n，用分析天平测量质量，精度为0.1mg。先将试样进行跑合磨损300转(r)，称量其质量，然后正式磨损1500r，再称一次质量，两次质量之差为磨损失重，试样的相对耐磨性ε为基准试样的磨损量(mg)与该试样磨损量(mg)的比值，ε＝基准试样的磨损量/试样磨损量。
二、制备方法
2-1将fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb和0.2-0.5％si，保温20-30min，继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.5％al、1.1-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5％v，保温30-40min，得合金液；将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，降温至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却，进行表面淬火处理，得成品。
2-2将fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb和0.2-0.5％si，保温20-30min，继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.5％al、1.1-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5％v，保温30-40min，得合金液；将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，在降温至1200-1300℃，进行浇铸，得成品。
三、样品制备
实施例1：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.5％c、0.1％mn、0.01％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例2：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.6％c、0.1％mn、0.05％pb、0.3％si、0.3％al、1.1％cr、0.02％s、0.05％w、0.1％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例3：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.8％c、0.2％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.2％cr、0.04％s、0.08％w、0.3％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例4：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.7％c、0.1％mn、0.06％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例5：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.7％c、0.2％mn、0.08％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例6：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：1％c、0.3％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s、0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例5：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.5％c、0.3％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s、0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例7：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.5％c、0.1％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s、0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例8：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.5％c、0.1％mn、0.01％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例9：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：1％c、0.1％mn、0.01％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例10：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：1％c、0.3％mn、0.01％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
实施例11：根据2-1方法，制备由以下组分组成的轴承钢：1％c、0.3％mn、0.1％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
对比例1：根据2-2方法，制备由以下组分组成的轴承钢：0.7％c、0.2％mn、0.08％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的杂质构成。
对比例2：无mn，其余同实施例5。
对比例3：无pb，其余同实施例5。
对比例4：无si，其余同实施例5。
对比例5：无al，其余同实施例5。
对比例6：无cr，其余同实施例5。
对比例7：无s，其余同实施例5。
对比例8：无w，其余同实施例5。
对比例9：无v，其余同实施例5。
对比例10：无mn，无s，其余同实施例5。
四、检测结果
由表1数据可以看出，实施例5与对比例1相比，在样品组分含量相同时，进行表面淬火处理，可以显著的增加样品的耐磨性和表面硬度。由对比例3、对比例4、对比例5、对比例6、对比例8和对比例9与实施例5对比可以看出，pb、si、al、cr、w和v对材料的耐磨性影响较大，对轴承钢而言，耐磨性是钢的重要性能，故pb、si、al、cr、w和v的添加，可以很好的提高钢材的硬度，并且相互间的配比非常重要，互相影响，在提高材料整体性能外，对钢耐磨性的提高明显大于单一成分的添加。通过对比例2、对比例5和对比例7可以看出，mn、al和s对钢的硬度影响较大。并且通过对比例可看出，本发明显著的提高了轴承钢的整体性能。测定每个样品的断面收缩率，对比例10的断面基本无收缩，表明mn与s的加入，可以增加材料的塑性，降低钢的脆性。另外对比例2与对比例7的断面收缩率分别为97％和96％，钢的脆性较大，不满足轴承钢的对材料整体性能的要求。
表1样品性能测定结果