长寿命渗碳轴承钢制造技术

一种长寿命渗碳轴承钢，其重量百分比组成为：：０．１０到０．３５％：０．３５到１．７０％：０．３到２．０％：０．００１到０．０３％：０．４到１．５０％：０．０１０到０．０７％：０．００３到０．０１５％总含量：０．０００５到０．０３００％；以及：不超过０．０２５％：不超过０．００５０％总含量：不超过０．００２０％其余为铁及不可避免的杂质。２．一种长寿命渗碳轴承钢，其重量百分比组成为：：０．１０到０．３５％：０．３５到１．７０％：０．３到２．０％：０．００１到０．０３％：０．４到１．５０％：０．０１０到０．０７％：０．００３到０．０１５％总含量：０．０００５到０．０３００％；至少含有其中之一的：０．１０到２．００％：０．０３到０．７％；以及：不超过０．０２５％：不超过０．００５０％总含量：不超过０．００２０％其余为铁及不可避免的杂质。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种长寿命渗碳轴承钢。具体地说，本专利技术涉及的钢由一种渗碳-淬火工艺过程生产，适用于轴承部件如外环、内环、滚珠等，在高负荷条件下应用。更大功率的汽车发动机及近年来所制订的更加严格的环境法规，对于提高轴承部件的滚动疲劳寿命提出了强烈的要求。为了适应这些要求，已可通过提高钢的洁净程度来实现更长的服役寿命，因为滚动疲劳破坏被认为是以非金属夹杂物为起始点而产生的。例如，据JapanInstitute of Metals(日本金属学会)32卷6期411-443页报道，可以以一种偏心炉底出钢(渣)技术及一种RH真空除气法等相结合，来减少氧化物类夹杂物，从而改善滚动疲劳寿命。然而，这种材料的寿命并不总是足够长，特别是当轴承在高负荷条件下使用时，需要开发服役寿命更长的钢种。作为该领域中的一个钢种，以SUJ2(据JIS)为例，通常都作为有较好滚动疲劳寿命的钢种使用。为了改进该轴承钢的可切削性，日本未审专利公报(公开)55-145148号公开了一种含碲的轴承钢，日本未公开专利公报(公开)1-255651号公开了一种添加了REM的轴承钢。但是，对于这些钢在高负荷条件下有更长寿命的强烈要求依然存在。相比之下，本专利技术的专利技术人在日本专利申请6-134535提出了一种含适量Mg和Mo的高碳铬型轴承钢，使用这种钢可获得优良的滚动疲劳特性。然而，还存在高碳铬轴承钢需要一个很长的退火工序以细化粗大碳化物的问题，因为C和Cr的含量高在轴承钢中形成粗大共晶碳化物，粗大碳化物会降低疲劳寿命。明确地说，高碳铬型的轴承钢在高负载下使用达不到足够的疲劳寿命。本专利技术的目的是提供一种用于轴承部件并表现出优良的滚动疲劳特性的渗碳轴承钢。本专利技术解决了前述现有技术中存在的问题。权利要求1到4每项的专利技术，提供一种长寿命轴承钢，其重量百分比组成为0.10至0.35％的C，0.3到2.0％的Mn，0.001到0.03％的S，0.4到150％的Cr，0.010到0.07％的Al，0.003到0.015％的N，0.0005到0.0300％总含量的Mg；另外还有0.35到1.70％的Si，或者0.05到1.70％的Si和0.30到1.20％的Mo；或者另从下述元素按下述含量的组合中选取一种或至少两种元素0.10到2.00％的Ni，0.03到0.7％的V；另外还有不超过0.025％的P，不超过0.005％的Ti，总含量不超过0.0020％的O，其余是铁和不可避免的杂质。如权利要求1到4所提出的专利技术，权利要求5的专利技术涉及长寿命渗碳轴承钢，其氧化物含量按数量比满足下式(MgO·Al2O3数+MgO数)/氧化物型夹杂物总数≥0.80。本专利技术特别注重于一种中碳钢渗碳工序，以实现轴承部件的生产，在此过程中没有共晶碳化物的形成，也就是在此过程中无须很长的退火时间，并且疲劳寿命不因粗大碳化物而下降，明确说就是即使在高负荷下也可获得长寿命，上述目的已由本专利技术实现。下面具体描叙本专利技术为了获得轴承部件的优良滚动疲劳特性，本专利技术的专利技术人特别注重于一种中碳钢渗碳工序，用以取代常规高碳铬型轴承钢的硬化、回火工序。由于在渗碳-淬火材料表面存在很大的残余压应力，可以有效地获得较长的服役寿命。为了得到在高负荷下也可获得优良滚动疲劳特性的渗碳轴承钢，本专利技术人进行了深入研究并作了如下观察(1)在高负荷下的滚动疲劳破坏过程中，滚动疲劳破坏起始于非金属夹杂物，其周围伴随有白色组织及碳化物组织。白色组织和碳化物组织与硬度降低相关。白色组织和碳化物组织的出现因非金属夹杂物的细化而受到抑制。(2)如上所述，细化非金属夹杂物对于延长钢的寿命是有效的。(细化非金属夹杂物有以下两个好处(i)降低应力集中，此前应力集中就被认为会引起裂纹萌生；(ii)抑制新近发现的白色组织和碳化物组织的形成。)另外，抑制滚动疲劳过程中非金属夹杂物周围白色组织和碳化物组织的形成从而避免硬度下降也很重要。(3)为了细化非金属夹杂物，添加适量的Mg，如本专利技术人在日本未审专利公报(公开)7-54103号中所提出，是有效的。该方法的基本概念如下Mg加入到一种含Al的实用碳素钢，氧化物成分由Al2O3转变成MgO·Al2O3或MgO；结果是避免了氧化物集聚，氧化物以细小弥散方式存在。由于与Al2O3相比MgO·Al2O3或MgO与钢水接触时表面能低，非金属夹杂物不易形成集聚，就此获得细小弥散结构。如上所述，细化非金属夹杂物有两个好处，即降低造成裂纹萌生的应力集中和抑制白色组织和碳化物组织的形成。因而Mg的加入对于延长用这种钢制成的轴承的寿命非常有效。(4)其次，为了抑制白色组织和碳化物组织的形成以避免硬度下降，提高Si含量是有效的，添加Mo也有效。(5)除上述影响之外，抑制白色组织和碳化物组织形成并避免硬度下降的作用因Ni和V的加入而增强。本专利技术在上述新发现的基础上完成。限制本专利技术中钢的化学成分范围的理由解释如下C0.1到0.35％碳是提高渗碳轴承部件芯部硬度的有效元素。其含量低于0.1％时强度不够，含量超过0.35％时则韧性下降并很少产生有效地提高硬化部件疲劳强度的残余压应力，因此，C含量定为0.10到0.35％。Mn0.3到2.0％Cr0.4到1.50％锰和铬是改善可硬化性并增加渗碳后残余奥氏体的有效元素。但是，当Mn少于0.03％而Cr少于0.4％时，这种影响不够强，超过2.0％Mn和1.5％Cr时这种影响达到饱和，添加这些元素不但昂贵而且不必要。因此，Mn含量限制为0.30到2.0％，Cr含量为0.4到1.5％。S0.001到0.03％。硫在钢中以MnS形成存在，并从而提高可切削性及细化组织。但是，S含量少于0.001％时其作用不够强。另一方面，当S含量超过0.03％后，其作用达到饱和，且滚动疲劳特性显著恶化，据上述理由，S含量定为0.001到0.03％。铝作为脱氧及细化晶粒的元素加入，当Al含量小于0.010％时其作用不够强。另一方面，当Al含量超过0.07％时韧性显著下降。因此，Al含量定为0.010到0.07％。N0.003到0.015％氮通过AlN的析出行为有利于细化奥氏体晶粒。但是，当N含量小于0.003％时其作用不够强。另一方面，当N含量超过0.015％时其作用饱和且韧性下降，因此，N含量定为0.003到0.015％。Mg总含量0.0005到0.0300％镁是一种强脱氧元素并在钢中与Al2O3反应。其加入是为了从Al2O3脱去O及形成MgO·Al2O3或MgO。因此，除非是至少加入与Al2O3含量即与O的总重量百分比含量一致的预定含量的Mg，否则会残留不必要的未反应Al2O3。为此进行了一系列实验，结果发现通过将Mg的总重量百分比限制为至少0.0005％可以避免未反应Al2O3的残留，氧化物完全转化为MgO·Al2O3或MgO。但是，如果Mg加入量超过总重量百分比0.0300％，将形成Mg的碳化物和Mg的硫化物，这种化合物产生对材料来说是不利的。因此，Mg含量限制为0.0005到0.0300％。还有，“Mg的总含量”代表钢中可溶解的Mg含量、形成氧化物以及不可避免地形成其它Mg化合物的Mg含量的总和。另外，除以上所述之外在本专利技术权利要求1中的钢中加入了0.35到1.70％的Si，在权利要求3中的钢中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：越智达朗，河内雄二，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：