一种具有改进的耐疲劳性的轴承钢及其制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U. S. C. §119要求2014年11月24日向韩国知识产权局提交的韩国专 利申请号第10-2014-164102的优先权，其公开以其整体通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于轴承钢的合金组合物，其包含球化的复合碳化物以提高硬度 和耐疲劳性，以及一种制造含有该合金组合物的轴承钢的方法。
【背景技术】
[0004] 在车辆产业中，已经开发了各种环保车辆，以基于欧洲法规直到2021年将二氧化 碳的排放量减少至约95g/km为目标，即是目前水平的约27%。此外，汽车制造商已经开发出 一种技术以减小车辆的大小和提高燃油经济性以满足约54.5mpg(约23.2km/l)、其是在美 国直到2025年的企业平均燃油经济性(CAFE)的规定值。
[0005] 具体地，为了使车辆的燃油经济性最大化，已经开发了高性能的发动机和变速器 以及高效率的技术，并且这种技术开发可包括增加齿轮、新概念的启动装置、高效率的双栗 系统、融合杂交(fusion hybrid)技术，可以从自动/手动融合变速器和混合动力变速器衍 生的技术等等。
[0006] 在与变速器有关的技术中使用的专用钢已被用在变速器的载体、齿轮、环形齿轮、 轴、同步器毂等中，并且专用钢可以基于钢的总重量约58~62wt%包含在车辆中。具体地， 对于变速器的小齿轮轴、针轴承和发动机气门传动基摆臂等，由于减少重量和小型化的需 求，已经出现了对开发高强度和高耐用材料的连续需求。例如，已使用含有约1.5wt%的铬 (Cr)的 SUJ2 钢。
[0007] 然而，由于部件如轴承等的小型化和尺寸减小引起的部件劣化的增加，该材料的 耐久性可能会降低，这还可能造成对表面的损害。进而，当没有润滑时，表面温度可能增加， 在高温和高转速环境中的硬度可能降低。
[0008]尤其，对用于将旋转轴固定到预定位置、支撑轴的重量和施加到轴的负荷、并使轴 旋转的轴承，重复负荷可与转数成比例地施加，因此，为了承受重复负荷，需要其材料的耐 疲劳性、耐磨性等。
[0009]例如，已经通过在转炉或电炉中炼钢、在维持强还原气氛的同时在铸桶中精炼以 减少非金属夹杂物的量、并在通过真空脱气工艺将氧含量减少到约12ppm或更少的状态下 进一步精制来制造轴承钢。此后，通过铸造工艺将精制的轴承钢凝固成铸坯或钢锭，进行裂 缝扩散处理以除去存在于该材料的中心的偏析和大的碳化物，并且乳制。此后，为了，实施 强烈的慢冷却操作以在乳钢厂中软化材料以产生轴承钢线材或杆材，并且通过球化热处 理、锻造、淬火、回火和研磨过程等将所生产的线材制作成轴承产品。
[0010] 在上述制造过程中，用于球化的热处理工艺主要通过在高温下进行扩散，并且形 成的球状颗粒通过类似于Ostwald熟化原理的过程生长以形成球化组织。
[0011] 然而，由于球化热处理工艺需要球状颗粒的生长，球化需要花费很长一段时间，因 此制造成本增加。这样，当由于小型化、尺寸减小等引起的轴承劣化增加时，可能无法获得 足够的强度和耐久性寿命。
[0012] 因此，本发明人试图通过产生球化复合碳化物开发一种具有改善的物理性能如强 度和耐久性寿命的轴承钢，及其制造方法。
【发明内容】
[0013] 在优选的方面，本发明通过在轴承钢中微细地形成球化复合碳化物提供了一种具 有改善的强度、耐久性寿命等的轴承钢。尤其是，该轴承钢可通过调节轴承钢的合金的组分 和含量和控制工艺条件来制造。
[0014] 本发明的示例性实施方式提供了一种用于轴承钢的合金组合物，其可包含:基于 所述合金组合物的总重量，约〇. 8~1 .Owt%的碳(C)、约0.35~0.9wt%的娃(Si)、约0.5~ 1.0界七％的锰(]?11)、约0.6~1.5￥七％的镍(附）、约1.2~1.55￥七％的铬（0)、约0.2~0.5￥七％ 的钼(Mo)、约0.01~0.06wt %的铝(A1)、约0.01~0.1 wt %的铜(Cu)和构成合金组合物余量 的铁（Fe)。该合金组合物还包含选自大于Owt%且为约0.38wt%或更少的f凡（V)和大于 Owt%且为约0.02wt%或更少的铌(Nb)中的一种或多种。
[0015] 优选地，该合金组合物还可还包含约0.006wt %或更少的氮(N)、约0.0 Olwt %或更 少的氧(〇)、约〇.〇3wt%或更少的磷(P)和约O.Olwt%或更少的硫(S)等。
[0016] 可以理解的是，本文指的所有都是基于合金组合物的总重量，除非另 有说明。
[0017] 还提供了本发明的合金组合物，其可以由上述组分组成，或可以基本上由上述组 分组成。例如，该用于轴承钢的组合物可以由以下组分组成，或者基本上由以下组分组成： 基于合金组合物的总重量，约〇. 8~1. Owt %的碳(C)、约0.35~0.9wt %的硅(Si)、约0.5~ 1.0界七％的锰(]?11)、约0.6~1.5￥七％的镍(附）、约1.2~1.55￥七％的铬（0)、约0.2~0.5￥七％ 的钼(Mo)、约0.01~0.06wt %的铝(A1)、约0.01~0.1 wt %的铜(Cu)和构成合金组合物余量 的铁(Fe)。此外，该合金组合物可以由以下组分组成，或者基本上由以下组分组成:基于所 述合金组合物的总重量，约0.8~l.Owt%的碳(C)、约0.35~0.9wt%的硅（Si)、约0.5~ 1.0界七％的锰(]?11)、约0.6~1.5￥七％的镍(附）、约1.2~1.55￥七％的铬（0)、约0.2~0.5￥七％ 的钼(Mo)、约0.01~0.06wt%的铝(A1)、约0.01~O.lwt%的铜（Cu)、选自大于Owt%且为约 0.38wt%或更少的钒(V)和大于Owt%且为约0.02wt%或更少的铌(Nb)中的一种或多种和 构成合金组合物余量的铁(Fe)。
[0018] 另一方面，本发明提供一种制造轴承钢的方法。该方法可以包括：
[0019] 在720~850°C的温度下将含有合金组合物的线材热处理4~8小时，以球化复合碳 化物；
[0020] 将所述热处理的线材拉丝；
[0021] 在720~850°C的温度下将拉丝的线材二次热处理4~8小时，以球化复合碳化物； [0022]锻造二次热处理的线材以形成轴承钢;和
[0023]淬火，快速冷却，并回火形成的轴承钢。
[0024]尤其是，该合金组合物可具有以下组分，所述组分包含基于合金组合物的总重量， 约Ο · 8~1 · Owt % 的碳(C)、约Ο · 35~Ο · 9wt % 的娃(Si)、约Ο · 5~1 · Owt % 的猛(Μη)、约Ο · 6~ 1 · 5wt % 的镍（Ni )、约 1 · 2~1 · 55wt % 的铬（Cr)、约Ο · 2~Ο · 5wt % 的钼（Mo)、约Ο · 01 ~ 0.06wt%的错(Al)、约0.01~0. lwt%的铜(Cu)和构成合金组合物余量的铁(Fe)。该合金组 合物还可包含选自大于Owt%且为约0.38wt%或更少的fji(V)和大于Owt%且为约0.02wt% 或更少的铌(Nb)中的一种或多种。进而，上述合金组合物还可包含约0.006wt%或更少的氮 (幻、约0.001￥丨％或更少的氧（0)、约0.03￥丨％或更少的磷(？）和约0.01￥丨％或更少的硫 ⑶。
[0025] 如本文所用的术语"碳化物复合体"指代至少包含碳和当与碳结合时为阳性或部 分阳性的较低电负性的其它元素的化合物。碳化物复合体可至少与碳和金属适当地形成， 并且该金属可以是碱金属、碱土金属或过渡金属、后过渡金属、镧系或锕系，没有限制。
[0026] 本文所使用的术语"球化处理"或"球化"指代一种热处理工艺，尤其是用于铁基合 金钢或其组合物。具体地，球化处理可以指代热处理工艺，其将包含在铁基钢中的碳化物或 碳化物复合体的碳的形状或结晶形状变成，例如球形形式、球体或椭圆形，以提供所需的物 理性能如机械强度、耐高温性、延展性、可加工性等。在球化处理中，温度可以增加至胜过铁 基合金钢。
[0027] 优选地，淬火可以在约840~860°C的温度下进行约0.5~2小时，并且回火可以在 约150~190°C的温度下进行约0.5~2小时。
[0028] 优选地，所述复合碳化物可包括选自]\13〇、]\17〇3、]/[2306和]/[(]碳化物中的一种或多种， 当Μ是金属，或尤其是过渡金属时。
[0029] 优选地，所述M3C、M7C3和