一种亚共析空冷硬化轴承钢及其制备方法技术

一种亚共析空冷硬化轴承钢及其制备方法，属轴承钢材料技术领域。所述钢的化学成分为：C：0.45‑0.75％wt％、Mn:2.5‑5.0wt％、Si：0‑2.0％、Cr：0‑2.0％，余为Fe及不可避免的不纯物。在此基础上可以另加以下一种或多种元素：Mo:0‑0.2wt％、Nb:0‑0.20wt％、V：0‑0.20wt％和稀土RE：0‑0.2wt％。优点在于，亚共析轴承钢的应用不仅简化了轴承制造工艺、降低轴承制造成本，还可以用来制造大型和特大型轴承，比传统轴承钢GCr15具有更广泛的使用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属轴承钢材料
，特别是提供了一种亚共析空冷硬化轴承钢及其制备方法，可空冷硬化的无网状碳化物轴承钢材料的化学成分、制备技术及其应用技术。亚共析轴承钢的应用不仅简化了轴承制造工艺、降低轴承制造成本，还可以用来制造大型和特大型轴承，比传统轴承钢GCr15具有更广泛的使用范围。
技术介绍
目前国内轴承钢产量已达400万吨，其中约有85％的轴承钢棒材为中小棒材，直径在70mm以下，而另外直径超过70mm的圆棒为大棒材，约占轴承钢总量的15％。随着轴承钢棒材直径的加大，轴承钢中的网状碳化物控制愈加困难，特别是直径超过100mm的轴承钢棒材，网状碳化物控制成为世界的难题。为了解决这一问题，目前世界各国都试图降低轴承钢中的碳含量，开发亚共析成分的轴承钢来解决大棒材轴承钢中的碳化物问题。除了大棒材中网状碳化物的问题外，大壁厚轴承用轴承钢的淬透性问题也非常明显，主要表现为轴承壁厚超过70mm后无法获得全淬透组织，进而大幅降低了轴承表面和心部的硬度，造成大型壁厚轴承质量不过关，已经成为国内外轴承制造业的发展的一个瓶颈。大型与大壁厚轴承是轴承中的高端产品，具有用途广泛和附加值高的特点。但国内一直没有解决大型与超大型轴承的国产化问题，主要原因可以归因于传统高碳轴承钢的网状碳化物严重、淬透性不足和强烈淬火条件下的淬火变形与开裂。新型空冷硬化轴承钢具有无网状碳化物和空冷硬化的特点，不仅可以解决钢厂大棒材与特大棒材网状碳化物的问题，降低大棒材因网状碳化物问题而导致的废品，降低生产过程中的工艺成本；而且也为轴承企业提供了一个质优价廉的轴承钢品种。新型轴承钢由于其超强的淬透能力，可以解决轴承企业大壁厚(壁厚超过70mm)轴承内外圈及大直径滚动体的淬硬性问题。同时新型轴承钢的空冷硬化特点也可以减少轴承淬火过程中所引起的淬火变形与开裂问题，必将受到广大轴承企业的欢迎。目前矿山机械与工程机械大量使用大型和超大型轴承，其壁厚大部分超过70mm。而现有轴承钢GCr15的有效淬透深度J60为7mm、GCr15SiMn和GCr18Mo的有效淬透深度J60为15mm，而GCr15SiMo的有效淬透深度J60也最高达到30mm，这些传统的全淬透型轴承钢已无法达到这种超过壁厚70mm的大型轴承对材料的要求(有效淬透深度J60必须大于35mm)。按照目前大棒材轴承钢市场的应用情况，超过70mm的大棒材轴承钢约占10％的市场份额，约40万吨。根据新型轴承钢的成分与工艺成本，新型亚共析轴承钢基本与传统高碳铬轴承钢相当，但性能远远优于传统高碳铬轴承钢，因此具备替代传统高碳铬轴承钢的潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种亚共析空冷硬化轴承钢及其制备方法，通过C、Mn、Si和Cr为主要添加元素和以Mo、Nb、V和稀土RE等强碳化物析出的微合金元素的合金化设计；传统高碳铬轴承钢生产工艺，制造出一种无网状碳化物和空冷硬化性能的轴承钢，保证碳化物分布均匀性和硬度沿壁厚的一致性。同时该轴承钢要具有与传统全淬透轴承钢具有更加优异的接触疲劳性能和耐磨性能。该新型轴承钢化学成分为：C：0.45-0.75％，Mn：2.5-5.0％，Si：0-2.0％，和Cr：0-2.0％。在此基础上可以添加Mo、Nb、V和稀土RE等微合金元素，得到一种空冷硬化的无网状碳化物轴承钢。本专利技术钢可以通过常规的冶炼、连铸、热轧和退火等工艺进行大规模工业化生产，解决了传统高碳轴承钢的网状碳化物、心部无法淬硬和不适合大壁厚轴承制造的缺点。本专利技术钢的基本特征为：1、在钢的化学成分上，主要是通过C：0.45-0.75％，Mn：2.5-5.0％，Si：0-2.0％，和Cr：0-2.0％合金化成分，该成分体系可以保证在轴承钢具有无网状碳化物和空冷硬化的特点；通过Mo、Nb、V和稀土RE等微合金元素的析出钉轧抑制晶粒长大，保证轴承钢晶粒细晶化，降低轴承钢的氢脆敏感性。2.在性能上，本专利技术钢具有比传统高碳轴承钢更加优异的接触疲劳性能和耐磨性能，不仅可以替代传统高碳轴承钢制造普通中小型轴承，而且更适合制造大壁厚的大型与特大型轴承。本专利技术所述钢的化学成分为：C：0.45-0.75％wt％、Mn:2.5-5.0wt％、Si：0-2.0％、Cr：0-2.0％，余为Fe及不可避免的不纯物。在此基础上可以另加以下一种或多种元素：Mo:0-0.2wt％、Nb:0-0.20wt％、V：0-0.20wt％和稀土RE：0-0.2wt％。该轴承钢材料具有亚共析钢的碳含量(0.45-0.75％)设计和空冷硬化的Mn合金化(2.5-5.0％)设计，因而不仅没有网状碳化物，还具有在空冷、油冷和水冷等不同冷却条件下获得心部与表面均达到60HRC以上硬度的特点，解决了传统高碳轴承钢的网状碳化物问题和心部组织无法淬硬的缺点。该新型轴承钢低成本易生产，可以通过常规轴承钢的冶炼、连铸、热轧和软化退火等工序与工艺进行大规模工业化生产。新型亚共析轴承钢的应用不仅简化了轴承制造工艺、降低轴承制造成本，还可以用来制造大型和特大型轴承，比传统轴承钢GCr15具有更广泛的使用范围。本专利技术各元素的作用及配比依据如下：C：作为轴承钢的主要强化元素，对轴承钢的淬透和淬硬性能起决定性作用，其含量不能低于0.45％。同时考虑无网状碳化物的新型轴承钢组织要求，其碳含量也不能高于0.75％。Mn：Mn是奥氏体稳定化元素和提高轴承钢淬透性的元素。在Mn高于2.5％的钢中更易于实现奥氏体稳定化和淬透性提高，因而Mn含量应高于2.5％；而过高的锰含量将导致钢中存在大量残余奥氏体，不利于轴承钢硬度提高和轴承尺寸稳定，因而将锰含量限制到5.0％。Si：Si可以通过固溶提高钢的强度，有利于轴承钢硬度的提高，Si含量应该控制在0-2.0％的范围内。Cr:Cr能够提高轴承钢中碳化物的稳定性，保证退火过程中轴承钢中的碳化物细小均匀；同时Cr具有抗高温表面氧化能力，可以保证轴承钢表面质量。本专利技术钢中的Cr含量应控制在0-2.0wt％。Mo、Nb、V和稀土RE:均是强碳化物形成的微合金化元素，可以在热变形与热处理过程中抑制晶粒长大，应控制在0-0.2wt％范围内。本专利技术的制造工艺及条件为：本专利技术钢的生产工艺为冶炼、铸造、热轧和退火等制造工艺过程，具体工艺如下：(1)钢的冶炼与凝固：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯或模铸生产铸锭。(2)铸坯或铸锭的热轧或热连轧或锻造：热轧棒材：将铸坯经1100-1250℃加热，先粗轧后精轧，轧后快速冷却到400-600℃范围内进行炉冷或空冷。(3)热轧棒材软化退火对热轧棒材在600-800℃的范围内进行软化退火处理以降低热轧棒材硬度，以利于新型轴承钢的后续加工。附图说明图1给出了1#钢按照步骤2热轧空冷后的光学微观组织结构图，从图中可以看出，经过退火后钢中没有网状碳化物。图2给出了5#钢按照步骤3进行软化退火后的光学微观组织结构，从图中可以看出，经过退火后钢中没有网状碳化物，而且组织细小均匀。图3为3#钢经900℃空冷淬火后的马氏体与碳化物的扫描电镜复合组织形貌。从图中可以看出，其微观组织结构为马氏体基体组织上分布着细小均匀分布的碳化物(有些碳化物由于腐蚀而脱落形成小坑)。说明本专利技术钢在奥氏体化后，可以在空冷条件下获得高硬度的马氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚共析空冷硬化轴承钢，其特征在于，化学成分重量百分数为：C：0.45‑0.75wt％、Mn:2.5‑5.0wt％、Si：0‑2.0％、Cr：0‑2.0％，余为Fe及不可避免的不纯物；在此基础上另加以下一种或多种元素：Mo:0‑0.2wt％、Nb:0‑0.20wt％、V：0‑0.20wt％和稀土RE：0‑0.2wt％。

【技术特征摘要】
1.一种亚共析空冷硬化轴承钢，其特征在于，化学成分重量百分数为：C：0.45-0.75wt％、Mn:2.5-5.0wt％、Si：0-2.0％、Cr：0-2.0％，余为Fe及不可避免的不纯物；在此基础上另加以下一种或多种元素：Mo:0-0.2wt％、Nb:0-0.20wt％、V：0-0.20wt％和稀土RE：0-0.2wt％。2.一种权利要求1所述的亚共析空冷硬化轴承钢的制备方法，包括冶炼、铸造、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文全，徐海峰，俞峰，许达，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11