一种新型的轴承钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型的轴承钢，属于金属材料和轴承的领域。
【背景技术】
[0002] 轴承是允许两个部件之间进行受限相对运动的装置。滚动零件轴承包含内滚道和 外滚道以及大量设置在它们之间的滚动零件（滚珠或滚柱）。对于长期可靠性和性能而 言，重要的是不同零件对滚动接触疲劳、磨损和蠕变具有高的耐受性。随着机械制造业，特 别是汽车、航空、原子能工业等的迅速发展，对轴承的性能要求不断提高，如需要高温、高 速、高负荷、耐蚀等苛刻条件下工作的特种轴承。为适应这些轴承的需求，各国相继研制和 开发了一批具有特殊性能的新钢种，形成了高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温 轴承钢等轴承材料。其中高碳铬轴承钢，尤其是52100钢（相当于中国的GCrl5)，由于综 合性能良好、生产简便、价格较低等优点，得到广泛使用。高碳铬轴承钢每年的生产量占世 界轴承钢总产量的80%以上。
[0003] 虽然我国已成为轴承钢制造大国，但离轴承钢制造强国还有相当距离，主要表现 在以下几个方面：（1)轴承钢品种、规格不全，低档次较多，高档次较少。高质量、高性能轴 承钢品种少。从品种方面，尚未形成高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、中碳轴承钢、高淬透性轴 承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等专用轴承材料系列。高纯洁度的精品轴承钢的比例较低。 (2)轴承钢钢材的质量、性能稳定性较差，外观质量欠佳。（3)轴承钢的专业化生产程度较 低。中国轴承钢分散在几十个企业生产，大部分生产厂家的生产工艺装备不配套，特别是 成品工序的装备及其相关在线检测手段落后，从而制约国产轴承钢总体质量的提高和性 能的稳定。轿车轴承用钢、高速铁路轴承用钢、进口装备用专用轴承用钢、部分高精度、高附 加值和在特殊工况条件下使用的专用轴承仍需进口。
[0004] 中国专利2010080041975. 9，发明名称轴承钢。该发明提供了新型轴承钢组合物和 形成轴承的方法。该轴承钢组合物包含：碳〇. 4至0. 8重量％ ;氮0. 1至0. 2重量％ ;铬 12至18重量％ ;钥0.7至1.3重量％ ;硅0.3至1重量％ ;锰0.2至0.8重量％;以及 铁78至86. 3重量％。本发明的不足是由于轴承钢中含有较多的杂质，影响了轴承钢的高 耐磨性。
[0005] 中国专利201310163627. X，发明名称为一种渗碳轴承钢。本发明公开了 一种渗碳轴承钢，其化学元素质量百分含量为：碳：〇. 10-0. 16% ;锰：0. 40-0. 90% ; 硅：0· 15-0. 40% ;铬：1· 30-1. 80% ;镍：3· 10-3. 80% ;钥：0· 02-0. 09% ;铝：0· 015-0. 040% ; 氮：0.0040-0. 0070% ;铝 / 氮彡 3 ;氧彡 0.0010% ;磷彡 0.020% ;硫：0.005-0. 020% ;钛 彡0· 0020% ;铜彡0· 15% ;锡彡0· 025% ;锑彡0· 015% ;砷彡0· 030% ;余量为Fe及不可 避免的杂质。该发明存在的问题是渗碳过程中往往在钢中产生气孔，从而使轴承钢的强韧 性难以满足需求。
【发明内容】
[0006] 为了满足对轴承钢机械性能和使用寿命的严格要求。为了解决晶粒易粗大以及强 韧性匹配问题，特别是对于满足重载轴承，本发明旨在提供一种新型的轴承钢配方，来解决 以上所提出的问题。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：（1)控制氧含量，非金属夹杂物中 对轴承疲劳寿命危害最大的是氧化物系夹杂物，氧含量越高，不仅造成氧化物夹杂数量增 多，而且尺寸增大，对疲劳寿命的危害也就显著加剧。因此最直接的手段就是控制钢中的氧 含量但氧含量降至一定水平，继续降低氧含量对疲劳寿命的提高作用不明显，所以氧含量 并非越低越好，而是应有一个基于试验分析验证的科学认识。（2)降低钛含量，钛属于残余 元素，含量很低，过去在标准中没有明确规定其控制指标。但研究发现，钛型夹杂物危害很 大，因为碳氮化钛，氮化钛等夹杂物具有很高的刚性，并在几何形状上呈棱角状，因而极易 造成应力集中，诱发疲劳裂纹。另外，氮化钛比氧化物更容易产生偏析，因此，现在高质量轴 承钢都增加了对钛含量的规定，通常要求小于，先进水平可达左右。高纯净度钢的寿命离散 性及可靠性氧含量降至甚至是以下的高纯净度钢，其疲劳寿命分散性会更大，有时会严重 影响对可靠性水平的控制。这是由于尽管钢中的非金属夹杂物等缺陷很少，但若出现在工 作表面上或最大应力的次表面区域中，将导致轴承很快出现早期疲劳剥落！这其中，所存 在的极少量的大尺寸非金属夹杂物（实质是在非金属夹杂物周围形成的疲劳损伤区域中 的裂纹长度），对于无异物混入的清洁润滑环境下工作的轴承而言，更是主要原因。（3)采 用新的夹杂物评定方法，如极值统计法来替代原ASTM E45法等，以改善炼钢工艺技术，控 制非金属夹杂物的数量，尺寸和分布，尤其是控制大尺寸夹杂物的数量及出现在工作表面 上的概率，对于显著减小轴承寿命的离散性，即提高轴承寿命的可靠性是非常有效的。除非 金属夹杂物外，接触疲劳寿命对钢的组织均匀性也非常敏感，粗大碳化物同样是产生疲劳 剥落的优先源区。在氧含量及氧化物夹杂含量极低的高纯净钢中，这一影响尤其突出。因 此，应采用多种措施来细化均匀碳化物，如电磁搅拌均匀化（高温扩散）退火〃控轧控冷 〃可控气氛连续球化退火等！压缩比也是保证碳化物细化均匀〃提高材料致密度〃改善材 料力学性能和疲劳强度的一个重要手段。轴承钢坯，尤其是对于连铸坯，需要加大压缩比来 改善其心部缺陷，如对于普通碳素钢的连铸坯，压缩比为4倍左右时就可满足要求；对于 优质碳素钢与合金钢连铸坯，最小压缩比不低于10倍。
[0008] 本发明中新型的轴承钢，其化学元素质量百分含量为：碳：0. 12-0. 18% ;铬： 0· 05-0. 25% ;硫：0· 001-0. 005% ;镍：3· 10-3. 50% ;铝：0· 015-0. 040% ;钒：0· 04-0. 08% ; 锰：0.5-1. 0%;铝/氮彡2 ;氧彡0.0010% ;磷彡0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂质。
[0009] 本发明采用了全新的工艺技术，解决了现有技术产品性能不达标的问题，能最大 程度的满足高强度高耐久度轴承钢的要求，大大提高了产品质量，为企业创造的经济效益。
【具体实施方式】
[0010] 实施例 1 :碳：0· 15% ;铬：0· 05% ;硫：0· 001% ;镍：3· 20% ;铝：0· 015% ;钒：0· 04% ;锰：1.0% ;铝/氮彡4 ;氧彡0.0010% ;磷彡0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂质。
[0011] 实施例 2 :碳：0· 18% ;铬：0· 15% ;硫：（λ 005% ;镍：3· 10% ;铝：0· 020% ;钒： 0. 04% ;锰：0.5% ;铝/氮彡2 ;氧彡0.0010% ;磷彡0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂 质。 ]
[0012] 实施例 3 :碳：0· 16% ;铬：0· 25% ;硫：0· 001% ;镍：3. 50 % ;铝：0· 040% ;钒： 0.08% ;锰：0.7% ;铝/氮彡2 ;氧彡0.0010% ;磷彡0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂质。[0013] 表1各种实施低合金钢性能对比。
]
[0014] 实验表明本发明所示的轴承钢具有良好的机械性能和疲劳强度，同时降低了钢的 过热敏感性和脱碳倾向。
【主权项】
1. 一种新型的轴承钢，其特征在于：其化学元素质量百分含量为：碳：〇. 12-0. 18% ;铬：0· 05-0. 25% ;硫：0· 001-0. 005% ;镍：3· 10-3. 50% ;铝：0· 015-0. 040% ;钒： 0.04-0.08% ;锰：0.5-1.0% ;铝 / 氮彡 2 ;氧彡 0.0010% ;磷彡 0.020% ;余量为 Fe 及不 可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的新型的轴承钢，其特征在于：碳：0.15% ;铬：0.05% ; 硫：0.001% ;镍：3.20% ;铝：0.015% ;钒：0.04% ;锰：1.0% ;铝 / 氮彡 4 ;氧彡 0.0010% ; 磷< 0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂质。3. 根据权利要求1所述的新型的轴承钢，其特征在于：碳：0. 18% ;铬：0. 15% ;硫： 0.005% ;镍：3.10% ;铝：0.020% ;钒：0.04% ;锰：0.5% ;铝 / 氮彡 2 ;氧彡 0.0010% ;磷 < 0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂质。4. 根据权利要求1所述的新型的轴承钢，其特征在于：碳：0.16% ;铬：0.25% ; 硫：0.001% ;镍：3.50 % ;铝：0.040% ;钒：0.08% ;锰：0.7%;铝 / 氮彡 2 ;氧彡 0. 0010% ;磷< 0.020% ;余量为Fe及不可避免的杂质。
【专利摘要】本发明公开一种新型的轴承钢的配方，涉及一种新型的轴承钢，属于金属材料和轴承的领域。为了解决晶粒易粗大以及强韧性匹配问题，特别是对于满足重载轴承，本发明旨在提供一种新型的轴承钢配方，其化学元素质量百分含量为：碳：0.12-0.18%；铬：0.05-0.25%；硫:0.001-0.005%；镍：3.10-3.50%；铝：0.015-0.040%；钒：0.04-0.08%；锰：0.5-1.0%；铝/氮≥2；氧≤0.0010%；磷≤0.020%；余量为Fe及不可避免的杂质。
【IPC分类】C22C38/46
【公开号】CN105648355
【申请号】
【发明人】赵俭
【申请人】赵俭
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月14日