改进型轴承钢的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种轴承钢，其包括至少0.6重量%的碳、0.007重量%或者更少的磷和任选其它合金元素(一种或多种)，余量为铁或铁和杂质。本发明也涉及以一种由该轴承钢构成的轴承。
【专利说明】改进型轴承钢
[0001]本发明【技术领域】
[0002]本发明涉及一种轴承钢。本发明还涉及由轴承钢制造的轴承。
[0003]背景
[0004]轴承,例如滚子轴承(roller bearing)和滚珠轴承(ball bearing),在使用过程中承受高负荷。因此，轴承应该具有高疲劳强度，并且此外，具有高硬度。
[0005]已知的是，高含量碳的钢具有高硬度，但是存在该钢具有低疲劳强度的问题。
[0006]发明简述
[0007]本发明的一个目的是提供具有改进的疲劳强度(fatigue strength)的轴承钢。本发明另一个目的是提供由根据本发明的轴承钢制造的轴承。
[0008]根据本发明的第一个方面，通过一种轴承钢来实现其目的，该轴承钢包括至少0.6重量％的碳、0.007重量％或者更少的磷(phosphorous)和任选地,其它合金元素(一种或多种)，余量为铁。
[0009]可以理解的是，除铁之外，该余量可以包括杂质。该杂质可以为通常存在于铁或钢中的杂质和微量元素。因此，该轴承钢可以包括至少0.6重量％的碳、0.007重量％或者更少的磷和任选地，其它合金元素(一种或多种)，余量为铁或铁和杂质。
[0010]所包括的杂质的含量为0.5重量％或者更少,优选0.425重量％或者更少。示例性的杂质可以为，例如Cu、As、Sn、Sb、Pb、Ti或者0，或者它们的组合。低含量的杂质，例如Ti和O,导致低含量的硬的非金属夹杂物(hard non-metal lie inclusion),其与低含量的具有在奥氏体晶界(austenite grain boudary)聚集趋势的其它元素结合,使得该轴承钢具有高疲劳强度。具体地，根据本发明的低含量的磷和低含量的杂质结合，从而生成具有高疲劳强度的轴承钢。
[0011]该铁基本为纯铁，即基本不含杂质。
[0012]根据本发明的碳量使钢具有适用于轴承的高硬度。根据本发明的磷量生成具有高疲劳强度的轴承钢。
[0013]该轴承钢可具有的磷含量为0.007重量％以下，优选0.003~0.007重量％，例如
0.004~0.006重量％。在炼钢厂(steelwork)可以有效地制造具有该含量磷的钢，并且该钢具有高疲劳强度。磷含量小于0.003重量％可能难于制造和制造成本高，而大于0.007重量％含量不会产生所需的高疲劳强度。
[0014]本发明的优点是低含量的磷结合一定含量的碳产生具有高疲劳强度的轴承钢。
[0015]轴承钢中的碳含量可以为0.6~1.5重量％，例如0.7~1.3重量％，或者0.7~
1.1重量％，碳含量优选为0.7~1.2重量％，更优选0.8~1.1重量％。例如，其含量可以为0.9~1.0重量％。这些碳含量使得轴承钢具有理想的性质，例如高硬度。甚至例如在0.9~1.1重量％这么高的碳含量下，当和含量为0.007重量％或者更少的磷组合时,该轴承钢具有高疲劳强度。
[0016]因此，可以将该轴承钢视为高碳钢或者超高碳钢。
[0017]该轴承钢还可以包含硫(S),含量为0.02重量％或者更少。硫含量可以为0.0OOl~0.02重量％，如0.0001~0.016重量％，或者0.0001~0.011重量％。根据本发明的一个实施方式，硫含量为0.0001~0.002重量％，如0.0001~0.001重量％，例如
0.0001~0.0002重量％。如此低的硫含量使得轴承钢具有高疲劳强度。根据本发明另一个实施方式，硫含量可以为0.002~0.02重量％，如0.002~0.013重量％，例如0.003~
0.012重量％、0.005~0.012重量％或0.007~0.011重量％。即使在如此高的硫含量下，和如此高的硫含量结合根据本发明的高碳含量和磷含量下，轴承钢仍然具有高疲劳强度。[0018]轴承钢还可以包含总量为0.02重量％或者更少的硫和磷。该硫和磷的总量产生具有高疲劳强度的轴承钢。
[0019]轴承钢还可以包含作为合金元素的铝，其含量为0.01重量％或者更多。铝含量优选为0.015重量％或者更多，或者更优选0.02重量％或者更多。最大招含量可以为0.05重量％。因此，轴承钢中的铝含量可以为0.015~0.05重量％。
[0020]轴承钢还可以包含钥(Mo)，其含量为0.1~0.7重量％，优选0.3~0.7重量％，并且最优选0.5~0.7重量％，例如0.51~0.6重量％。该钥含量可以导致具有高疲劳强度的硬轴承钢。此外，该钥含量可对于具有贝氏体结构的轴承钢的制造是有效的。
[0021]轴承钢可以具有贝氏体结构或者为贝氏体硬化(淬火)的。可以理解的是，该轴承钢也可以包括除贝氏体结构外的其他结构。优选该轴承钢中超过50%具有贝氏体结构，例如该轴承钢中的50~90%具有贝氏体结构。
[0022]贝氏体结构导致机械性质得以改进，具有高韧性和高裂纹扩展阻力(crackpropagation resistance)。因此，由于在平常和特殊使用过程中该钢和轴承承受高的负荷，贝氏体结构对轴承钢和轴承是有益的。根据本发明相关的实施方式，相对高的碳含量、低的磷含量、相对高的钥含量和/或相对高的硫含量的组合生成具有高的轴承疲劳强度的轴承钢。
[0023]根据以下方法可以得到轴承钢的贝氏体硬化:使钢经受奥氏体化(austenitization)和淬火；将该钢置于在最初马氏体形成温度(Ms)以上的起始温度(Tl);在贝氏体转化过程中，降低Tl至Ms以下但在实际马氏体形成温度以上的温度。
[0024]用于贝氏体硬化的方法导致可以有效地得到轴承钢的贝氏体结构，其具有短的贝氏体硬化时间和高的轴承钢硬度。
[0025]轴承钢的硬度可以在59HRC以上，例如为59~62HRC，或者大于62HRC。
[0026]因此，轴承钢或轴承可以基本具有贝氏体结构和至少62HRC的硬度。
[0027]轴承钢也可以具有马氏体结构或者为马氏体硬化的，仍具有高疲劳强度。
[0028]具有0.1~0.7重量％Mo含量的轴承钢适用于O~150mm材料厚度的轴承。该轴承钢可以具有0.1~0.5重量％的Mo含量，该Mo含量可以适用的材料厚度为O~150mm，例如15~100mm,例如15~45mm。
[0029]具有0.5~0.7重量％Mo含量的轴承钢特别适用于材料厚度为45mm或者更高的轴承，例如材料厚度为45~150mm，或者45~80mm。该轴承可以为，例如具有45~80mm壁厚的滚子轴承。
[0030]用于15mm以下材料厚度的轴承的轴承钢可具有0.35重量％以下，或者O~0.35
重量％含量的Mo。该轴承钢可以具有贝氏体结构。
[0031 ] 具体地，包含0.1~0.7重量％Mo含量的轴承钢可具有贝氏体结构。[0032]该轴承钢可以包含铬(Cr)，其含量为1.0~3.0重量％，例如1.3~2.0重量％。
1.0~1.5重量％的铬含量可以特别适用于材料厚度为O~45mm的轴承，例如15~45mm。
1.5~3.0重量％的铬含量，例如1.5~2.0重量％，特别适用于材料厚度为45mm以及更大的轴承，例如45~80mm,或者45~150mm。
[0033]包含Cr含量为1.0~3.0重量％的该轴承钢可适用于贝氏体结构。
[0034] 任选的其它合金元素(一种或多种)可以选自下组，其包括S1、Mn、S、Cr、N1、Mo、V和Al，或者它们的组合。
[0035]该任选的其它合金元素可适用于给予该钢合适的性质。
[0036]如果该任选的其它合金元素存在于轴承钢中，其合适的含量可以在以下范围:
[0037]硅(Si):0 ~2.5 重量 ％，例如 0.0001 ~2.5 重量 ％。
[0038]锰(Mn):0~2重量％，例如0.0001~2重量％。
[0039]硫⑶:0~0.02重量％，例如0.0001~0.02重量％。
[0040]铬(Cr):0 ~3 重量 ％。
[0041]镍(Ni):0~I重量％，例如0.0001~I重量％。
[0042]钥(Mo):0 ~I 重量 ％。
[0043]钒(V):0~I重量％，例如0.0001~I重量％。
[0044]铝(Al):0.01 ~0.050 重量 ％。
[0045]该含量的合金元素可导致低含量的硬的非金属夹杂物并且具有高疲劳强度的轴承钢。
[0046]根据本发明的第二方面，提供了包括如下轴承钢的轴承或由如下轴承钢构成的轴承，该轴承钢包括至少0.6重量％的碳、0.007重量％或者更少的磷和任选地，其它合金元素(一种或多种)，余量为铁或者铁和杂质。
[0047]可以优选地是,该轴承由或者基本上由至少0.6重量％的碳、0.007重量％或者更少的磷和任选地，其它合金元素(一种或多种)来组成。
[0048]因此，可提供具有如上所讨论的轴承钢性质的轴承。因此可提供具有高疲劳强度的轴承。
[0049]该轴承可以选自:滚珠轴承和滚子轴承；其中滚珠轴承选自深沟滚珠轴承、角接触滚珠轴承、推力滚珠轴承、角接触推力滚珠轴承和自动定位滚珠轴承(s e I f - a I i gn i n gball bearing)，或者它们的组合；而其中该滚子轴承可以选自:圆柱滚子轴承、球形滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、滚针轴承(needle roller bearing)、圆环滚子轴承(toroidalroller bearing)、CARB ?圆环滚子轴承、组合滚针轴承、圆锥滚子轴承、推力圆锥滚子轴承、推力滚针轴承、推力球形滚子轴承、组合圆柱滚子/圆锥滚子轴承、滚轮轴承(trackrunner bearing)和分度滚子单元(indexing roller unit),或者它们的组合。该轴承的至少一个部件，例如轴承的滚动体或者轴承套圈可以包括根据本发明的轴承钢。
[0050]该轴承可以为选自上组的滚珠轴承和滚子轴承的组合。
[0051]该轴承可以具有的材料厚度为O~150mm，例如O~80mm。因此，该轴承可以具有的材料厚度为O~45mm，例如15~45mm，或者该轴承具有的材料厚度为45mm或者更高，例如45~80mm，或者45~150mm。
[0052]上述涉及本发明第一方面关于轴承钢的讨论还可以和关于轴承的本发明第二方面的轴承相关联。关于轴承参见本文中的这些讨论。
实施例
[0053]在以下的对比实施例中，将会理解和领会本发明的优点。应该理解的是，所包括的实施例是为了加深对本发明的理解，而实施例不应该理解为以任何方式限定本发明的范围。
[0054]使用两个钢炉(steel heat) A和B来铸造钢锭A和B。将该钢锭A和B锻造成350mm的圆形钢坯。将该钢坯A和B切割并且机械加工成旋转梁式制品A和B。使用包括盐浴转化的常规贝氏体转化循环在235°C下对该制品A和B进行贝氏体硬化。通过硬态切削(hard turning)、打磨、抛光制成该制品A和B。从炉A和B得到的制品A和B的化学组分在表1中公开。制品A作为对比。
[0055]表1:从炉A(对比)和B得到的轴承钢的化学组分
[0056]
【权利要求】
1.一种轴承钢，其包括至少0.6重量％的碳、0.007重量％或者更少的磷和任选地，其它一种或多种合金元素；余量为铁或铁和杂质。
2.根据权利要求1所述的轴承钢，其中磷的含量在0.007重量％以下，优选在0.004~0.007重量％的范围。
3.根据权利要求1或2所述的轴承钢，其中碳的含量为0.6~1.5重量％。
4.根据权利要求3所述的轴承钢，其中碳的含量为0.8~1.1重量％。
5.根据在先权利要求中的任一项所述的轴承钢，其还包括作为合金元素的硫，其含量为0.02重量％或者更少，优选0.002~0.016重量％。
6.根据在先权利要求中的任一项所述的轴承钢，其还包括作为合金元素的铝，其含量为0.015重量％或者更多。
7.根据在先权利要求中的任一项所述的轴承钢，其还包括作为合金元素的钥，其含量为0.1~0.7重量％，优选0.4~0.7重量％，并且最优选0.5~0.6重量％。
8.根据在先权利要求中的任一项所述的轴承钢，其包括0.9~1.1重量％的碳、0.003~0.007重量％的磷、0.5~0.7重量％的钥和0.002~0.016重量％的硫。
9.根据在先权利要求中的任一项所述的轴承钢，其中所述轴承钢具有贝氏体结构。
10.根据在先权利要求中的任一项所述的轴承钢，其中任选的一种或多种其它合金元素选自S1、Mn、S、Cr、N1、Mo、V和Al，或者它们的组合。
11.一种轴承，其包括根据权利要求1的轴承钢。
12.根据权利要求11所述的轴承，其中所述轴承具有的材料厚度为45mm或者更低，优选 15 ~45mm。
13.根据权利要求11所述的轴承，其中所述轴承具有的材料厚度为45mm或者更高，优选 45 ~80mm。
【文档编号】C22C38/44GK103547696SQ201280024073
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年5月17日
【发明者】T.伦德, K.里登, I.斯特兰德尔, J.哈尔伯格 申请人:Skf公司