轴承钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轴承钢及其制备方法，其中轴承钢包括按质量百分比计的以下组分：碳0.4-0.6％，锰8.0-12.0％，钒0.5-1.0％，铝1.0-3.0％，磷≤0.02％，硫≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术通过增加促使奥氏体稳定化的元素来增加轴承钢的奥氏体含量，进而增加轴承钢的塑性。而对于大量奥氏体的引入所导致的强度下降，本发明专利技术采用析出物来强化增强轴承钢的强度，从而得到高强高塑性的轴承钢。

Bearing steel and preparation method thereof

The invention relates to a bearing steel and a preparation method thereof, wherein the bearing steel comprises the following components in weight percentage: 0.4-0.6% of carbon, manganese vanadium 8.0-12.0%, 0.5-1.0%, Al 1.0-3.0%, P = 0.02%, s = 0.02%, the balance of iron and unavoidable impurities. The invention increases the austenite content of the bearing steel by increasing the elements that promote the stabilization of the austenite, thereby increasing the plasticity of the bearing steel. For the strength reduction caused by the introduction of a large amount of austenite, the invention uses precipitation to strengthen the strength of the bearing steel, thereby obtaining the bearing steel with high strength and high plasticity.

【技术实现步骤摘要】
轴承钢及其制备方法
本专利技术涉及轴承钢的生产
，具体而言涉及高强高塑性轴承钢及其制备方法。
技术介绍
轴承钢是主要用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱或套筒等的钢种，也可用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油泵等精密零部件。一方面，随着研究的不断深入和科学技术的持续发展，轴承钢的抗压、耐磨损、抗疲劳、耐腐蚀和工作寿命在不断提高，制备工艺也逐渐完善。但另一方面，轴承钢的应用环境也更加复杂，对它的其它力学性能提出了更高的要求。例如在某些使用环境中还要求轴承钢具有一定的塑性和韧性，避免其在使用过程中损坏失效。高碳铬轴承钢(GCr15和GCr15SiMn)是目前中国最常用的轴承钢。相对于低温回火，高温回火处理后的高碳铬轴承钢在塑性性能方面可以得到少量提高，但强度和硬度却大幅下降。究其原因在于高碳铬轴承钢的微观组织结构中缺乏可能的加工硬化机制。在高碳铬轴承钢的制备过程中，残余奥氏体是尽量避免的。众所周知，碳元素和锰元素都可以促使奥氏体稳定化，但碳元素是保证轴承钢具有足够强度的重要元素，因此本领域技术人员会采用尽量减少锰元素含量的手段来减少奥氏体残余。例如申请号为2010800419759且申请日为2010年7月20日的中国专利公开了一种轴承钢，其中，锰元素含量为0.2-0.8重量％。申请号为2010800542749且申请日为2010年11月30日的另一份中国专利也公开了一种轴承钢，其中，锰元素含量为0.60-1.50质量％。申请号为2010105497351且申请日为2010年11月18日的又一份中国专利申请还公开了一种轴承钢，其中，锰元素含量为0.50-0.80重量％。但在汽车工业可能应用的第三代高强钢中，残余奥氏体是增加塑性性能的重要因素。这是因为残余奥氏体在变形过程中可能提供TRIP或TWIP机制，加强第三代高强钢的加工硬化行为，改善塑性性能。近年来，在轴承业中对残余奥氏体的作用也有所认识。在科学界，马氏体相变所伴随的形状应变对轴承钢使用过程的负面影响，目前也没有定论。总之，业内存在着改进轴承钢性能以保持其强度基本不变的情况下提高塑性的需求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高强高塑性的轴承钢。本专利技术还旨在提供一种这种高强高塑性轴承钢的制备方法。为此，在本专利技术的一个方案中，提供一种轴承钢，包括按质量百分比计的以下组分：碳0.4-0.6％，锰8.0-12.0％，钒0.5-1.0％，铝1.0-3.0％，磷≤0.02％，硫≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。在一个优选实施例中，轴承钢还包括按质量百分比计的以下组分中的至少一种：镍0.1-2.0％，铬0.2-2.0％，钼0.1-0.5％，硅0.3-2.0％，硼0.0005-0.0050％，铌0.02-0.10％，钛0.05-0.25％，铜0.25-0.50％，稀土元素0.002-0.005％。在本专利技术的另一个方案中，提供一种轴承钢的制备方法，所述轴承钢为前述的轴承钢，所述制备方法包括以下步骤：提供含有所述轴承钢的组分的钢液；将所述钢液进行热加工以形成工件；以及对所述工件进行热处理而得到马氏体和奥氏体的双相目标组织，所述热处理包括：在Ac3+20℃至100℃的温度将所述工件保温一段时间t1＝10-30分钟以形成全奥氏体相，随后以冷却速度u≥0.5℃/s将所述工件冷却至室温；将所述工件在温度等于或低于-100℃的冷却介质中保温一段时间t2≥t2min，随后从冷却介质中取出所述工件并恢复至室温，其中，t2min为该工件整体均匀达到冷却介质温度所需的时间；在620-630℃的温度将所述工件保温一段时间t3，其中300分钟≥t3≥20分钟，随后以冷却速度u≥0.5℃/s将工件冷却至室温。在一个优选实施例中，在从冷却介质中取出后，双相目标组织中马氏体体积含量f为30％-50％。优选地，马氏体体积含量f由以下公式(1)确定：f＝1-exp(-C1(Ms-T))(1)，其中，C1是经验常数，Ms是马氏体相变开始的温度，T是小于Ms的温度，在这里指冷却介质温度，其中，马氏体相变开始的温度Ms能通过以下公式(2)得到：Ms＝539-423C-30.4Mn-17.7Ni-12.1Cr-7.5Mo-7.5Si(℃)(2)。在一个优选实施例中，在形成全奥氏体相后将该工件冷却至室温通过水冷、油冷或空冷来实施。在一个优选实施例中，t2min＝1小时。在一个优选实施例中，冷却介质是温度为-196℃的液氮。本专利技术的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。附图说明以下结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中：图1为Fe-10Mn-0.47C-2Al-0.7V(wt％)工件制备成的拉伸样品按照本专利技术所述热处理工艺处理的温度-时间曲线图；图2-图4为对图1的拉伸样品进行拉伸实验所得到的拉伸工程应力应变曲线图；图5为对照试验拉伸样品的拉伸工程应力应变曲线图；图6为根据本专利技术的轴承钢样品的电子背散射衍射相图；图7为图6的相应电子背散射衍射晶粒取向图；图8为碳化钒的投射电镜形貌图；以及图9为碳化钒的投射电镜元素线扫描图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术所涉及的轴承钢及其制备方法进行详细说明。为了实现本专利技术的目的，提供一种轴承钢，其组分及含量为：碳(C)，0.4-0.6wt％；锰(Mn)，8.0-12.0wt％；钒(V)，0.5-1.0wt％；铝(Al)，1.0-3.0wt％；磷(P)≤0.02wt％；硫(S)≤0.02wt％；余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。在这里，碳是对提高轴承钢的强度和滚动疲劳寿命特性显著有效的元素。在本专利技术中，碳含量被设定在0.4wt％以上以获得上述作用。另一方面，当碳含量超过0.6wt％时会在例如原材料铸造中生成巨大的共晶碳化物，从而导致滚动疲劳寿命降低，并且形成棱镜状或片状马氏体，亦可导致韧性的降低。基于以上理由，碳含量被设定为0.4wt％以上且0.6wt％以下。锰是为了提高轴承钢中的奥氏体含量而添加的元素。同时，锰可以产生固溶强化的作用，增大轴承钢强度。在本专利技术中，锰含量被设定为8.0wt％以上以获得上述作用。而且试验表明，当钢中的锰含量超过16.0wt％时，本专利技术所详述的制备方法将不会显著提高其拉伸力学性能，这是因为奥氏体太过稳定以至不会形成马氏体相。因此，经过反复验证后，锰含量被设定为8.0wt％以上且12.0wt％以下较为适宜。优选地，锰含量为9.0％-11.0％。钒是为了形成碳化钒析出物来增大轴承钢强度所添加的元素，以弥补由于大量产生奥氏体而导致的钢强度下降。同时，钒的添加会提高奥氏体重结晶的温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的。在本专利技术中，钒含量被设定为0.5wt％以上以获得上述作用。但添加超过1.0wt％的钒会形成大量碳化钒，显著降低奥氏体中的碳含量，从而降低奥氏体的稳定性和层错能，可导致奥氏体含量减少及抑制形变孪晶的形成。同时，钒含量的增加亦会显著增加钢铁成本。基于以上理由，钒含量被设定为0.5wt％以上且1wt％以下。铝一方面作为脱氧剂发挥作用，另一方面，铝能够生成氮化物而使奥氏体晶粒细微化，从而具有提高韧性及滚动疲劳寿命特性的作用。铝可以提高奥氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴承钢，其特征在于，包括按质量百分比计的以下组分：碳0.4‑0.6％，锰8.0‑12.0％，钒0.5‑1.0％，铝1.0‑3.0％，磷≤0.02％，硫≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种轴承钢，其特征在于，包括按质量百分比计的以下组分：碳0.4-0.6％，锰8.0-12.0％，钒0.5-1.0％，铝1.0-3.0％，磷≤0.02％，硫≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的轴承钢，其特征在于，还包括按质量百分比计的以下组分中的至少一种：镍0.1-2.0％，铬0.2-2.0％，钼0.1-0.5％，硅0.3-2.0％，硼0.0005-0.0050％，铌0.02-0.10％，钛0.05-0.25％，铜0.25-0.50％，稀土元素0.002-0.005％。3.一种轴承钢的制备方法，其特征在于，所述轴承钢为权利要求1或2所述的轴承钢，所述制备方法包括以下步骤：提供含有所述轴承钢的组分的钢液；将所述钢液进行热加工以形成工件；以及对所述工件进行热处理而得到马氏体和奥氏体的双相目标组织，所述热处理包括：在Ac3+20℃至100℃的温度将所述工件保温一段时间t1＝10-30分钟以形成全奥氏体相，随后以冷却速度u≥0.5℃/s将所述工件冷却至室温；将所述工件在温度等于或低于-100℃的冷却介质中保温一段时间t2≥t2min，随后从冷却介质中取出所述工...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明欣，何斌斌，齐洋，
申请(专利权)人：香港大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44