一种微合金化轿车碳素轮毂轴承用钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于特种钢冶炼技术领域，具体涉及桥车碳素轮毂轴承用钢及相应的制造 方法。
【背景技术】
[0002] 轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导，它既承受轴向载荷又 承受径向载荷，是一个非常重要的零部件。因此对制作轮毂轴承的原材料轮毂轴承用钢性 能的要求也越来越高，特别是对材料的耐磨性、淬透性、纯净度及组织均匀性等性能都有着 严格的要求。目前国内外的碳素轮毂轴承用钢G55、C56E2等产品，由于产品质量的局限，不 能完全满足高端汽车用户对轮毂轴承用钢的需求，因此，产品性能更优的轮毂轴承用钢的 开发迫在眉睫。
[0003] 根据轮毂轴承的使用条件，轮毂轴承用钢必须具备下列性能:高的疲劳强度、弹性 强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，一定的抗腐蚀能力。此外，用户在 对材料加工时，由于需要对轮毂轴承套圈沟道处进行表面淬火，对钢材的淬透性能也提出 了要求。
[0004] 钢中的非金属夹杂物破坏了金属的连续性和均匀性。根据轴承的使用条件，在交 变应力的作用下，夹杂物易于引起应力集中，成为疲劳裂纹源，降低轴承的疲劳寿命。特别 是对于硬脆性夹杂物，如沿乳制方向排列成串状或点链状的Al 2〇3夹杂(B类），不变形的点状 或球状夹杂(D类）以及大颗粒点状或球状夹杂(Ds类），由于其不具有塑性，在加工和使用过 程中难以变形，构成应力集中，使疲劳裂纹萌生期缩短，影响了疲劳性能的提高。为提高最 终产品轮毂轴承的使用寿命，钢材的纯净度非常重要，必须尽可能降低钢中非金属夹杂物， 特别是不变形的硬脆性夹杂物尺寸和数量。
[0005] 高端轮毂轴承钢对组织均匀性、成份偏析是十分敏感的，特别是中心碳的偏析，它 会导致轴承组织的不均匀，严重影响产品的性能，降低轴承的使用寿命。因此需要保证钢材 的组织均匀性，降低钢材的中心碳偏析。
【发明内容】
[0006] 本发明为满足轮毂轴承用钢材的强度、硬度、韧性、耐磨性及淬透性要求，本发明 通过对钢材化学成分进行合理设计，发明了 一种新的微合金化轿车碳素轮毂轴承用钢 C56E2XS。
[0007] 本发明C56E2XS钢种要求的非金属夹杂物要求见下表1: 表1
非金属夹杂物根据GB/T 10561 A法检验，各类夹杂物最大值不超过表1要求。
[0008] 本发明C56E2XS要求的钢材检验中心碳偏析区域的碳含量不超过正常熔炼碳含量 的10%，远远低于现有中心碳偏析量。
[0009] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种微合金化轿车碳素轮毂轴承用 钢，化学成分按质量百分比计为C:0.45~0.70%，Si :0.10~0·50%，Μη:0.30~0.70%，Cr: 0·20~0·60%，P < 0·025%，S:0·003~0·030%，M〇 < 0·l%，Ni < 0·2%，A1< 0·04%，Cu < 0·3%，Ca < 0 ·001%，Ti < 0 ·003%，0 < 0 ·001%，As < 0· 04%，Sn < 0 ·03%，Sb < 0 ·005%，Pb < 0 ·002%，余量 为Fe及不可避免的杂质。
[0010] 本发明轮毂轴承钢的化学成分设计依据入如下： 1) c含量的确定 C是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度， 但C过高会对钢的韧性及延性能带来不利影响。本发明C含量的范围确定为0.45~0.70%，本 发明涉及钢材属于中碳钢范畴； 2) Si含量的确定 钢中加入Si，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，但是Si使钢中的过热敏 感性、裂纹和脱碳倾向增大。本发明Si含量的范围确定为0.10-0.50%。
[0011] 3)Mn含量的确定 Μη作为炼钢过程的脱氧元素，能提高钢的淬透性，Μη还能固定钢中的硫的形态并形成 对钢的性能危害较小的MnS和(Fe，Mn)S，减少或抑制FeS的生产，因此钢中含有少量锰(Μη含 量在0.10-0.70%)，能提高钢的纯净度和性能。但钢中Μη含量过高，会产生较明显的回火脆 性现象，而且Μη有促进晶粒长大的作用，因此会导致钢的过热敏感性和裂纹倾向性增强，且 尺寸稳定性降低，对客户使用产生不利影响。此外，Μη含量高，还会降低钢材抗腐蚀能力，影 响最终成品轴承的使用性能。目前国内外中碳碳素轮毂轴承钢(如G55、C56E2等），其Μη含量 一般要求在〇. 70-0.90%，实际控制在0.80%左右，由于Μη含量偏高，钢材表面裂纹多，客户在 加热锻造时易产生开裂，既影响了客户使用，也降低了成品轴承的使用寿命。为弥补上述产 品的不足，钢中既要添加一定量的Μη元素，从而保留其提高钢材淬透性和纯净度等有利因 素，同时Μη含量又不宜过高，尽可能降低其不利影响，本发明Μη含量的范围确定为0.30-0.70% 〇
[0012] 4)Cr含量的确定 Cr是碳化物形成元素，能够提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性能。钢中的Cr，一部分 置换铁形成合金渗碳体，提高钢材的回火稳定性;一部分溶入铁素体中，产生固溶强化，提 高铁素体的强度和硬度。此外，Cr还能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度。但Cr含量过高， 与钢中的碳结合，容易形成大块碳化物，这种难溶碳化物使钢的韧性降低，轴承寿命下降， 而且Cr含量过高，钢材的硬度过大，不利于客户加工使用(客户一般要求碳素轮毂轴承用钢 的硬度< 255HBW)。目前国内外的碳素轮毂轴承钢，Cr都作为钢中的残余元素，一般要求< 0.2%，不会特意添加。但本发明考虑到钢中添加 Cr元素能提高钢材的强度、硬度、耐腐蚀性 和耐磨性等性能，从而提升成品轴承的使用寿命，而且还可以弥补因 Μη含量偏低导致钢材 淬透性降低的不利影响。但添加的Cr元素过高，会导致钢材硬度过大，不利于客户加工以及 易形成难溶碳化物。综上考虑，本发明根据Μη的设计含量将Cr含量的范围确定为0.20- 0.60% ο
[0013] 5)Α1含量的确定 Α1作为钢中脱氧元素加入，除为了降低钢水中的溶解氧之外，Α1与Ν形成弥散细小的氮 化铝夹杂可以细化晶粒，但Α1含量大，钢水熔炼过程中易形成Α12〇3等脆性夹杂，降低钢水纯 净度。本发明Α1含量的范围确定为< 0.04%。
[0014] 6)Ca含量的确定 Ca含量会增加钢中大尺寸点状氧化物的数量和尺寸，同时由于点状氧化物硬度高，塑 性差，在钢变形时其不变形，容易在交界面处形成空隙，使钢的性能变差。本发明Ca含量的 范围确定为<0.001%。
[0015] 7)Ti含量的确定 Ti对轴承危害方式是以氮化钛，碳氮化钛夹杂物的形式残留于钢中。这种夹杂物坚硬、 呈棱角状，严重影响轴承的疲劳寿命，特别是在纯洁度显著提高，其他氧化物夹杂数量很少 的情况下，含钛夹杂物的危害尤为突出。含Ti夹杂物不仅降低轴承的疲劳寿命，而且影响轴 承的粗糙度。本发明Ti含量的范围确定为< 0.003%。
[0016] 8)0含量的确定 大量试验表明，氧含量的降低对提高轴承疲劳寿命显著有利。本发明0含量的范围确定 为《0.001%。
[0017] 9)P、S含量的确定 P在钢中严重引起凝固时的偏析，P溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性。本发 明P含量的范围确定