一种低硅高碳铬轴承钢及其热轧生产方法技术

本发明专利技术涉及一种低硅高碳铬轴承钢，钢的化学成分按质量百分比计为C：0.80～1.10％，Si：0.01～0.15％，Mn：0.20～0.60％，Cr：1.20～1.60％，Mo：0.15～0.50％，Al≤0.05％，P≤0.025％，S≤0.020％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0008％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。生产流程为电炉或转炉冶炼——炉外精炼——VD或RH真空脱气—连铸—连轧—剪切—堆冷—精整—探伤—包装。实现了在目前已有高碳铬轴承钢GCr15基础上采用低硅技术，重新设计了化学成分，既满足钢材强度、硬度、韧性、耐磨性及淬透性等要求，又改善钢材过热敏感性、脱碳及裂纹倾向。

A low silicon high carbon chromium bearing steel and its hot rolling production method

The invention relates to a low silicon high carbon chromium bearing steel, the chemical composition of steel in weight percentage of C:0.80 ~ 1.10%, Si:0.01 ~ 0.15%, Mn:0.20 ~ 0.60%, Cr:1.20 ~ 1.60%, Mo:0.15 ~ 0.50%, Al = 0.05%, P = 0.025%, S = 0.020%, Ca = 0.001%, Ti = 0.003%, O < 0.0008%, As = 0.04%, Sn = 0.03%, Sb = 0.005%, Pb = 0.002%, the balance of Fe and unavoidable impurities. The production process is smelting of electric furnace or converter - refining outside of the furnace - VD or RH vacuum degassing - continuous casting - continuous rolling - shear - pile cold - finishing - Inspection - packaging. Based on the existing high carbon chromium bearing steel GCr15, low silicon technology is used to redesign the chemical composition, which not only meets the requirements of steel strength, hardness, toughness, wear resistance and hardenability, but also improves the overheating sensitivity, decarburization and crack tendency of steel.

【技术实现步骤摘要】
一种低硅高碳铬轴承钢及其热轧生产方法
本专利技术属于特种钢冶炼
，具体涉及一种低硅高碳铬轴承钢及其制造方法。
技术介绍
轴承是各类装备最重要的关键基础件之一，被称为“高端装备的关节”，广泛应用于矿山机械、精密机床、冶金设备、重型装备与高档轿车等重大装备领域和风力发电、高速动车及航空航天等新兴产业领域。轴承破坏主要有两种形式，即接触疲劳破坏和磨损破坏。由于要承受高接触应力、多次循环接触疲劳应力以及滑动磨损的工作环境，要求轴承具有高抗塑性变形、抗摩擦磨损性能，高旋转精度及尺寸精度，高尺寸稳定性，长使用寿命和高可靠性。因此，对加工成轴承的原材料轴承钢也提出越来越高的要求，轴承钢应具备高而均匀的硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度，还必须具备适当的韧性、一定的淬透性。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一，因此轴承钢被炼钢届人士称为钢中之王。高碳铬轴承钢是轴承钢中有一个大的种类，为制造轴承和轴承零件的最常用钢种。高碳铬轴承钢中最常用的有GCr15(类似国外的100Cr6、SKF3、SUJ2、52100等)、GCr15SiMn(类似国外的SKF4、100CrMnSi6-4等)，其中GCr15是我国轴承业用量最多的。目前，在高碳铬轴承钢冶炼过程中，硅作为还原剂和脱氧剂存在，所以高碳铬轴承钢有0.15％以上的硅。但是硅具有可切削性和冷成型性的副作用，同时硅使钢中的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向增大。当前，低碳钢中低硅钢技术已得到长足的发展，生产的钢材具有良好的加工性能。而低硅技术在高碳铬轴承钢中的应用还是空白，因此，本专利技术在目前高碳铬轴承钢GCr15基础上对低硅技术进行研究，提出一种新的低硅高碳铬轴承钢及其热轧生产方法。
技术实现思路
本专利技术在目前高碳铬轴承钢GCr15基础上结合低硅技术，同时为满足高碳铬轴承钢的强度、硬度、韧性、耐磨性及淬透性要求，对钢材化学成分整体进行重新设计，专利技术了一种新的低硅高碳铬轴承钢及其热轧生产方法。本专利技术的非金属夹杂物要求按GB/T10561A法检验，各类夹杂物要求如下表1。表1钢材末端淬透性满足J1.5≥62HRC，J3.0≥60HRC，J4.5≥58HRC，成品棒材表面脱碳+裂纹≤0.5D，D为棒材直径；钢材的碳化物按GB/T18254规定的方法进行评级，要求碳化物带状≤2.0级，碳化物网状≤2.5级，碳化物液析≤0级。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种低硅高碳铬轴承钢，钢的化学成分按质量百分比计为C：0.80～1.10％，Si：0.01～0.15％，Mn：0.20～0.60％，Cr：1.20～1.60％，Mo：0.15～0.50％，Al≤0.05％，P≤0.025％，S≤0.020％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0008％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。本专利技术的高碳铬轴承钢的化学成分设计依据如下：1)C含量的确定高碳铬轴承钢中，碳的含量一般在1.0％左右，是保证轴承钢具有淬透性、硬度、耐磨性的最重要元素之一。为使淬回火钢的HRC大于60，至少要加入0.80％以上的碳。但碳含量再高，对硬度影响不大，反而容易产生大块，碳化物。本专利技术C含量的范围确定为0.80～1.10％，本专利技术涉及钢材属于高碳钢范畴；2)Si含量的确定硅在炼钢过程中为还原剂和脱氧剂存在，所以目前高碳铬轴承钢中都添加0.15％以上的硅，如GB/T18254中规定GCr15含硅量为0.15-0.35％，国外同类钢种100Cr6、SKF3等也规定硅含量在0.15-0.35％。但在高碳轴承钢中，硅使钢的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向增大，而且硅给钢材的冷切削性和可加工性带来副作用。为降低Si的不利影响，本专利技术Si含量的范围确定为0.01％-0.15％。3)Mn含量的确定Mn作为炼钢过程的脱氧元素，能提高钢的淬透性，Mn还能固定钢中的硫的形态并形成对钢的性能危害较小的MnS和(Fe，Mn)S，减少或抑制FeS的生产，因此钢中含有少量锰，能提高钢的纯净度和性能。但钢中Mn含量过高，会产生较明显的回火脆性现象，而且Mn有促进晶粒长大的作用，因此会导致钢的过热敏感性和裂纹倾向性增强，且尺寸稳定性降低，对客户使用产生不利影响。本专利技术Mn含量的范围确定为0.20-0.60％。4)Cr含量的确定Cr是碳化物形成元素，能够提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性能。钢中的Cr，一部分置换铁形成合金渗碳体，提高钢材的回火稳定性；一部分溶入铁素体中，产生固溶强化，提高铁素体的强度和硬度。此外，Cr还能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度。但Cr含量过高，与钢中的碳结合，容易形成大块碳化物，这种难溶碳化物使钢的韧性降低，轴承寿命下降，本专利技术Cr含量的范围确定为1.20-1.60％。5)Al含量的确定Al作为钢中脱氧元素加入，除为了降低钢水中的溶解氧之外，Al与N形成弥散细小的氮化铝夹杂可以细化晶粒，但Al含量大，钢水熔炼过程中易形成Al2O3等脆性夹杂，降低钢水纯净度。本专利技术Al含量的范围确定为≤0.05％。6)Mo含量的确定钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。钢中加入钼，能提高机械性能，还可以抑制合金钢由于回火而引起的脆性。但钼是铁素体形成元素，当钼含量较多时就易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。目前的GCr15轴承钢中一般要求Mo≤0.10％，不会特意添加。但本专利技术从进一步提高材料淬透性以及为弥补硅含量偏低导致钢材机械性能下降的不利影响，将Mo含量的范围确定为0.15-0.50％7)Ca含量的确定Ca含量会增加钢中点状氧化物的数量和尺寸，同时由于点状氧化物硬度高，塑性差，在钢变形时其不变形，容易在交界面处形成空隙，使钢的性能变差。本专利技术Ca含量的范围确定为≤0.001％。8)Ti含量的确定Ti对轴承危害方式是以氮化钛，碳氮化钛夹杂物的形式残留于钢中。这种夹杂物坚硬、呈棱角状，严重影响轴承的疲劳寿命，特别是在纯洁度显著提高，其他氧化物夹杂数量很少的情况下，含钛夹杂物的危害尤为突出。含Ti夹杂物不仅降低轴承的疲劳寿命，而且影响轴承的粗糙度。本专利技术Ti含量的范围确定为≤0.003％。9)O含量的确定大量试验表明，氧含量的降低对提高轴承疲劳寿命显著有利。本专利技术氧含量的范围确定为≤0.0008％。10)P、S含量的确定P在钢中严重引起凝固时的偏析，P溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性。本专利技术P含量的范围确定为≤0.025％。S使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，本专利技术S含量的范围确定为≤0.020％。11)As、Sn、Sb、Pb含量的确定As、Sn、Sb、Pb等微量元素，均属低熔点有色金属，在轴承钢中的存在，引起轴承零件表面出现软点，硬度不均，因此将它们视为钢中的有害元素，本专利技术这些元素含量的范围确定为As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％。上述低硅高碳铬轴承钢的制备方法，生产流程为电炉或转炉冶炼——炉外精炼——VD或RH真空脱气——连铸——连轧——剪切或锯切——堆冷——精整——表面及内部探伤—本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低硅高碳铬轴承钢，其特征在于：钢的化学成分按质量百分比计为C：0.80～1.10％，Si：0.01～0.15％，Mn：0.20～0.60％，Cr：1.20～1.60％，Mo：0.15～0.50％，Al≤0.05％，P≤0.025％，S≤0.020％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0008％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种低硅高碳铬轴承钢，其特征在于：钢的化学成分按质量百分比计为C：0.80～1.10％，Si：0.01～0.15％，Mn：0.20～0.60％，Cr：1.20～1.60％，Mo：0.15～0.50％，Al≤0.05％，P≤0.025％，S≤0.020％，Ca≤0.001％，Ti≤0.003％，O≤0.0008％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的低硅高碳铬轴承钢，其特征在于：钢材末端淬透性满足J1.5≥62HRC，J3.0≥60HRC，J4.5≥58HRC，成品棒材表面脱碳+裂纹≤0.5D，D为棒材直径；钢材的碳化物按GB/T18254规定的方法进行评级，要求碳化物带状≤2.0级，碳化物网状≤2.5级，碳化物液析≤0级。3.一种制造权利要求1所述低硅高碳铬轴承钢的方法，其特征在于：生产流程为为电炉或转炉冶炼——炉外精炼——VD或RH真空脱气——连铸——连轧——剪切或锯切——堆冷——精整——表面及内部探伤——包装；冶炼原料选用优质铁水、废钢及原辅料，并选用优质耐材，在生产过程中，对电炉/转炉出钢终点C、终点P进行控制，使出钢终点C≥0.10％，P≤0.020％，并根据终点C含量，配加出钢时Al-Fe加入量，防止电炉/转炉出钢下渣；LF精炼过程中加强造渣及脱氧操作，脱氧的方式要适应低硅钢的生产要求，采用铝脱氧，保证炉渣良好的脱氧，确保过程中的自由氧含量较低，发挥LF炉冶炼去除夹杂物的优势，同时LF过程中应保证钢中残铝量，残Al含量在0.025％-0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，李锋，耿克，许晓红，丛韬，黄镇，尹青，翟蛟龙，张关震，吴斯，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，中国铁道科学研究院金属及化学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32