具有改善的耐疲劳性的轴承钢及其制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的引用
[0002] 本申请要求在35U. S. C § 119下于2014年11月21日提交于韩国知识产权局的韩 国专利申请号10-2014-163799的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
[0003] 本公开涉及具有改善的耐疲劳性（fatigue durability)的轴承钢（bearing steel)及其制造方法，并且涉及含有球化复合碳化物（以提供优异的硬度和强度和改善的 疲劳寿命等）的轴承钢及其制造方法。
【背景技术】
[0004] 在车辆工业中，以将二氧化碳的排放量减少至95g/km为目标已经开发了各种环 保车辆，根据欧洲法规到2021年排放量是其现有量的27%。此外，车辆制造商努力开发技 术以减小尺寸并改善燃料经济性，以满足54. 5mpg (23. 2km/l)，这是在美国至2025年公司 平均燃料经济性（CAFE)的法规。
[0005] 特别地，已经开发了用于发动机的高性能和高效率技术，以及用于最大化车辆的 燃料经济性的变速箱（transmission)，并且该技术包括齿轮（gear，档位）数目的增加、新 概念启动装置、高效双栗系统、混合动力混合技术（fusion hybrid technology)、涉及自动 /手动混合动力变速箱（fusion transmission)和混合变速箱（hybrid transmission)的 技术等。
[0006] 在变速箱中使用的专用钢（specialized steel)用于变速箱中的支架 (carrier)、齿轮、环状齿轮（annulus gear)、轴、同步器毂（synchronizer hub)等。专用钢 的使用比率目前是基于钢的总重量的约58至62wt%。例如，在变速箱的小齿轮轴（pinion shaft)、滚针轴承（needle bearing)、和基于发动机气门组系的滚柱摆臂（engine valve train-based roller swing arm)等中，由于要求减轻重量和减小尺寸，存在对于开发高强 度和高耐久性的材料的持续的需要，并且到目前为止，已经使用了含1.5wt%的铬（Cr)的 SUJ2 钢。
[0007] 然而，因为由于缩小化（downsizing)和部件，如轴承等的尺寸减小导致的增加的 条件严重性，材料的耐久性降低，这导致对表面的损伤，并且当没有润滑时，升高了表面温 度并且降低了在高温和高转速环境下的硬度。
[0008] 例如，对于用于将旋转轴固定至预定位置、支持轴的重量及施加至轴的载荷，并且 使轴旋转的轴承，将重复的载荷（r印eated load)按比例施加至旋转数。为了承受重复载 荷，需要耐疲劳性、耐磨损性等。
[0009] 通常，轴承钢在转炉（converter)或电炉中进行炼钢，在铸桶（ladle)中精炼，同 时保持强的还原气氛以减少非金属内含物的量，通过真空脱气法在氧含量降低至12ppm或 以下的情况下精炼，此后，通过饶铸过程凝固成扁钢锭（cast slab)或钢锭（steel ingot)， 进行裂纹扩散处理（crack diffusion treatment)，以除去偏析（segregation)和存在于材 料中心的大的碳化物，并乳制。
[0010] 此后，在乳制厂中进行强烈的慢冷却操作以软化材料从而生产轴承钢线材（Wire rod)或棒材，并且通过球化热处理、锻造、淬火，回火和磨削（grinding)过程等将生产的线 材制造成轴承广品。
[0011] 在前述制造过程中，球化热处理过程主要在高温下通过扩散进行，以及球状颗粒 通过类似于Ostwald熟化原理（Ostwald ripening principle)的方法生长以形成球化组 织。
[0012] 然而，因为球化过程是要求球状颗粒生长的过程，对于球化花费了很长的时间，并 且因此增加制造成本。因为由于缩小化，尺寸缩小等导致的轴承的严重程度增加，难以保证 足够的强度和耐久寿命。
【发明内容】
[0013] 通过在轴承钢中有效地精细地形成球化复合碳化物（通过调整轴承钢的合金组 分和含量并且控制过程条件），本公开已经努力提供具有改善的强度，耐久寿命等的轴承 钢。
[0014] 本公开的示例性实施方式提供了轴承钢，基于轴承钢的总重量，其可以包含1. 0 至 1. 3wt % 的碳；0· 9 至 1. 6wt % 的娃；0· 5 至 1. Owt % 的猛；1. 5 至 2. 5wt % 的镍；1. 5 至 2.5￥七％的铬；0.2至0.5￥七％的钼；0.01至0.06￥七％的铝 ；0.01至0.^^%的铜；选自由大 于Owt%且小于0. 38wt%的f凡和大于Owt%且小于0. 02wt%的银组成的组中的至少一种； 以及余量的铁。
[0015] 轴承钢可以包含至多0· 006wt%的氮、0· OOlwt%的氧、0· 03wt%的磷和0· Olwt% 的硫。
[0016] 制造轴承钢的方法可以包括以下步骤：在720至850 °C下将合金的线材一次 球化（primarily spheroidizing)4至8小时，所述合金基于轴承钢的总重量包括，1. 0 至 1. 3wt % 的碳；0· 9 至 1. 6wt % 的娃；0· 5 至 1. Owt % 的猛；1. 5 至 2. 5wt % 的镍；1. 5 至 2. 5wt%的铬；(λ 2至0· 5wt%的钼；(λ 01至(λ 06wt%的铝；(λ 01至0· lwt%的铜；选自由 以下各项组成的组中的至少一种：大于〇wt%且小于0. 38wt%的f凡和大于Owt%且小于 0. 02wt%的铌；以及余量的铁；将一次球化线材拉丝；在720至850°C下将拉丝的线材二次 球化（secondarily spheroidizing)4至8小时；锻造二次球化线材以形成轴承钢；并且将 轴承钢淬火，快速冷却，并且回火。
[0017] 淬火的步骤可以在840至860°C下进行0. 5至2小时，并且在150至190°C下回火 0. 5至2小时。
[0018] -次球化线材的步骤可以包括球化选自由Me3C、Me7C 3、Me23Q^P MeC碳化物组成的 组中的至少一种，其中，Me是金属离子。
[0019] Me3C、Me7C3和Me 23C6碳化物中的Me可以是选自由络、铁和锰组成的组中的至少一 种。
[0020] MeC碳化物中的Me可以是选自由铬、铁、钒、铌和钼组成的组中的至少一种。
[0021] 在具有前述构成的本发明构思的示例性实施方式中，能够有助于使用轴承钢的车 辆的厚度下降、重量减轻、设计的自由度等，并且通过在轴承钢中精细地形成复合碳化物等 以改善轴承钢的强度、硬度、疲劳寿命等，以及有助于高度强化从而确保降低成本等。
【具体实施方式】
[0022] 在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应该解释为限于典型的含义或字 典含义，而应该基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳的方式描述他/她自身 的发明构思的原理，解释为具有符合本发明构思的技术精神的含义和概念。
[0023] 在下文中，将详细说明本发明构思。本发明构思涉及具有改善的耐疲劳性，如疲劳 强度和疲劳寿命的轴承钢，其可以应用至车辆的发动机和变速箱等，以及制造其的方法。
[0024] 根据本发明构思的轴承钢可以包括碳（C)、硅（Si)、锰（Μη)、镍（Ni)、铬（Cr)、钼 (Mo)、铝（A1)和铜（Cu)，并且可以另外地包括选自由钒（V)和铌（Nb)组成的组中的一种 或多种，并且另外地包括余量的铁（Fe)，不可避免的杂质等。在此，杂质可以包括选自由氮 (N)、氧（0)、磷⑵和硫⑶组成的组中的一种或多种。
[0025] 例如，基于轴承钢的总重量，碳（C)的含量可以是1. 0至1. 3wt%，硅（Si)的含量 可以是0.9至1.6wt%，锰（Μη)的含量可以是0.5至lwt%，镍（Ni)的含量可以是1.5至 2.5wt%，铬（Cr)的含量可以是1.5至2.5wt%，钼（Mo)的含量可以是0.2至0.5wt%，铝 (A1)的含量可以是0.01至0.06wt%，铜（Cu)的含量可以是0.01至O.lwt%，钒（V)的含 量可以大于〇wt%且小于0. 38wt%，银（Nb)的含量可以大于Owt%且小于0. 02wt%，杂质 的氮（N)含量可以是0. 006wt%或更小，氧（0)的含量可以是0.0 Olwt%或更小，磷⑵的 含量可以是〇. 〇3wt%或更小以及硫（S)的含量可以是0.0 lwt%或更小。
[0026] 同时，根据本发明构思的一种实施方式的轴承钢可以包括球化的复合碳化物等， 并且元素，如钒（V)和铌（Nb)是可以用于形成球化复合碳化物的元素。
[0027] 在本发明构思的一种实施方式中，包含Me3C、Me7C 3和Me 23(：6碳化物和MeC碳化物 的复合碳化物是可以存在于钢中的沉淀物。包含前述碳化物的复合碳化物用于改善轴承钢 的强度等，并且延长耐久寿命等。
[0028] 例如，Me3C