一种窄淬透性轴承钢及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种窄淬透性轴承钢及其生产工艺，其组成成分控制Sn+Sb+As+Pb≤0.035%；工艺包括电炉冶炼、LF精炼、VD真空、连铸、加热、高压水除鳞、轧制、吐丝和斯太尔摩线冷却工序，LF精炼采用适当碱度、流动性和发泡性的C

【技术实现步骤摘要】
一种窄淬透性轴承钢及其生产工艺


[0001]本专利技术属于轴承钢
，具体涉及一种窄淬透性轴承钢及其生产工艺。

技术介绍

[0002]轴承内外套圈和滚动体间受高频变应力、轴承受离心力和冲击载荷、滚动体与套圈受摩擦力等综合力作用，易在抗疲劳强度低的部分产生疲劳裂纹，形成疲劳剥落，造成轴承破损失效和安全隐患，因此需要具有优良耐磨、耐冲击、抗疲劳、高强度、尺寸稳定性等性能，而从轴承钢表面至中心是否淬透是整个截面获得均匀组织的前提，对其热处理变形量和力学性能有重要影响，因此对淬透性的带宽要求更高。现有轴承钢包括采用表面渗碳和淬硬处理的合金渗碳钢、采用马氏体淬硬处理的高碳铬轴承钢，合金渗碳钢的渗碳处理工艺复杂、周期长，高碳铬轴承钢马氏体更经济，但仍存在以下问题：（1）来源于生铁和废钢中的残余元素在铸坯过程中的凝固偏析、热处理时的晶界偏析劣化钢的热轧性能，富集的残余元素熔入钢材表面形成富集层而非低熔点液相，增加热裂敏感性，导致晶界脆化、增加淬透带宽、冲击功下降，影响轴承抗咬合力和疲劳性能。
[0003]（2）连铸过程中合金凝固时析出的初晶与余下液体存在较大比重差，表面和中心钢液的温度梯度较大，易产生柱状晶搭桥现象导致偏析、影响致密度和均匀性，碳元素截面不同位置的化学成分偏析较大和非金属夹杂的不均匀分布导致截面硬度值波动较大，碳化物液析严重，影响淬透带宽，在热处理时产生淬火裂纹。
[0004]（3）长时间高温扩散伴随着钢坯脱碳严重，增大网状碳化物组织，热轧时表面等轴晶区和内部柱状晶区被拉长为带状，奥氏体晶粒粗大导致淬火组织不均，轧后冷速各区域溶质元素浓度不同使相变浓度不同，奥氏体成分不均导致转变的孕育期减短，C曲线左移，临界冷却速度增高，增加淬透带宽，导致钢的变形、开裂倾向增大，韧性降低，影响疲劳寿命。
[0005]（4）奥氏体化后的冷却速度和相邻线环间的热量影响造成奥氏体晶粒粗化，网碳碳化物析出使热加工后碳化物不均匀，带状组织使钢在淬火过程中局部产生非马氏体组织，增加淬透带宽，造成硬度分布不均和应力集中现象，呈明显各向异性，加剧热处理时的变形开裂。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种窄淬透性轴承钢及其生产工艺。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种窄淬透性轴承钢，其组成成分按质量百分数计为：C：0.94
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0.97％，Si：0.46
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0.5％，Mn：1.52
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1.57％，Cr ：1.43
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1.49％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Ni：≤0.22％，Cu：≤0.22％，Mo：≤0.03％，Al：0.008
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0.014％，Ti：0.005
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0.015%，Nb：0.021
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0.028%，B：0.001
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0.0025%，Sn：≤0.015％，Sb：≤0.01％，As：≤0.015％，Pb：≤0.002％，Ce：0.015
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0.025％，O：≤0.0006％，N：0.005
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0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0008]上述窄淬透性轴承钢，进一步地，组成中Sn+Sb+As+Pb≤0.035%，淬透性带控制在1.5
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2.5HRC，窄淬透性提高热处理的尺寸稳定性和力学性能。
[0009]上述窄淬透性轴承钢的成分设计依据为：（1）C、Mn、Cr含量的确定：C、Mn、Cr在加热时熔入奥氏体，增大A到F+P相的形核功，推迟A到F+P相的转变，降低临界冷却温度，增加淬透性；C是保证轴承钢具有硬度、耐磨性的重要元素，奥氏体中碳浓度的提高引起临界冷却速度的降低，使C曲线右移，增加淬透性，淬火后增加马氏体硬度，但C含量过高容易产生大块碳化物液析，因此本专利技术C含量的范围确定为0.94
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0.97％；Mn作为炼钢过程的脱氧元素，溶于固溶体中影响氧化层形成速率，减少碳扩散系数，但Mn含量过高会提高回火脆性、降低韧性，因此本专利技术Mn含量的范围确定为1.52
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1.57％；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，但Cr含量过高易形成大块碳化物，使碳化物分解变缓增加脱碳层，因此本专利技术Cr含量的范围确定为1.43
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1.49％。
[0010]（2）Si含量的确定：Si是还原剂和脱氧剂，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，但Si含量过高会集中在氧化皮中形成橄榄石状化合物，减缓氧化层形成速率，增加热敏感性、裂纹和脱碳倾向，对疲劳性能带来不利影响，专利技术Si含量的范围确定为0.46
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0.5％。
[0011]（3）P、S、O含量的确定：P在钢的凝固时引起元素偏析，其溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，增加冷脆性，因此本专利技术P含量的范围确定为≤0.015％；S易使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，形成的硫化物还破坏了钢的连续性，因此本专利技术S含量的范围确定为≤0.015％；O含量过高易产生氧化物夹杂，本专利技术O含量的范围确定为≤0.0006％。
[0012]（4）Ni、Mo含量的确定：Ni会减少碳在表面层的溶解，限制向外扩散，减少脱碳层，提高抗氧化性，Ni与Mo综合作用可提高淬透性，因此本专利技术Ni含量的范围确定为≤0.22％；Mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，但Mo含量过高易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低，因此本专利技术Mo含量的范围确定为≤0.03％。
[0013]（5）Al、Ti、Nb、N含量的确定：Al与N结合形成弥散在晶界上的AlN质点，阻碍晶界移动，阻碍奥氏体晶粒长大，达到细化晶粒目的，但Al含量过高，增大氧化物夹杂，因此本专利技术Al含量的范围确定为0.008
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0.014％；Ti在淬火加热时能大部分熔入奥氏体而降低临界冷却速度，但Ti过高易形成TiN大颗粒而不利于疲劳抗力，降低淬透性，因此本专利技术Ti含量的范围确定为0.005
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0.015%；Nb可以捕集固溶N，细化晶粒，本专利技术Nb含量的范围确定为0.021
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0.028%；为达到细化晶粒的同时避免产生混晶，本专利技术N含量的范围确定为0.005
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0.012％。
[0014]（6）B含量的确定：微B作为表面活性元素，吸附在奥氏体晶界上利于形成马氏体，提高淬透性，但B过高影响淬透性明显，增加淬透带宽，因此本专利技术B含量的范围确定为0.001
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0.0025%。
[0015]（7）Cu、Sn、Sb、As、Pb含量的确定：Cu能提高强度、韧性和抗腐蚀性能，但热加工时容易产生热淬，因此本专利技术Cu含量的范围确定为≤0.22％；Sn、Sb、As、Pb会导致结构钢的第二类回火脆性，加强铜脆敏感性，易使铸坯上部柱状晶带呈正偏析并向中心逐渐增大，铸坯下部负偏析，富本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄淬透性轴承钢，其特征在于，其组成成分按质量百分数计为：C：0.94
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0.97％，Si：0.46
‑
0.5％，Mn：1.52
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1.57％，Cr ：1.43
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1.49％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Ni：≤0.22％，Cu：≤0.22％，Mo：≤0.03％，Al：0.008
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0.014％，Ti：0.005
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0.015%，Nb：0.021
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0.028%，B：0.001
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0.0025%，Sn：≤0.015％，Sb：≤0.01％，As：≤0.015％，Pb：≤0.002％，Ce：0.015
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0.025％，O：≤0.0006％，N：0.005
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0.012％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种窄淬透性轴承钢，其特征在于，轴承钢组成中Sn+Sb+As+Pb≤0.035%，轴承钢盘条组织中奥氏体晶粒度≥8级、碳化物网状级别≤1.0级、碳化物带状级别≤1.5级、碳化物液析级别≤0.5级，轴承钢淬透性带控制在1.5
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2.5HRC。3.一种根据权利要求1或2所述窄淬透性轴承钢的生产工艺，其特征在于，包括电炉冶炼、LF精炼、VD真空、连铸、加热、高压水除鳞、轧制、吐丝和斯太尔摩线冷却工序;所述电炉冶炼工序控制终点S≤0.005％，终点P≤0.013％，出钢过程加入铝锭、锰铁合金、石灰和铝酸钙；所述LF精炼工序加入精炼渣造白渣；采用Al+CaC2联合脱氧；精炼中期进行成分调整；精炼后期喂入铈线；所述VD真空工序破空后喂入钛铁包芯线；所述连铸工序控制过热度为15
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20℃，采用结晶器电磁搅拌与末端电磁搅；所述加热工序炉温分三段呈阶梯式升高，控制钢坯断面温差≤30℃；所述轧制工序控制开轧温度为1090～1120℃，预精轧后芯部冷速在19℃/s
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27℃/s，精轧温度为 915～960℃；所述吐丝工序控制吐丝温度为830～850℃；所述斯太尔摩线冷却工序控制盘条在罩内冷却速度控制在0.7
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0.9℃/s完成的相变。4.根据权利要求3所述一种窄淬透性轴承钢的生产工艺，其特征在于，所述电炉冶炼工序采用CaO和萤石预处理KR脱硫，出钢终点碳含量为0.14～0.22％，出钢过程依次加0.6
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0.8kg/t钢水的铝锭、3
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5kg/t钢水的锰铁合金、2.7
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3.6kg/t钢水的石灰和2.5
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3.2kg/t钢水的铝酸钙。5.根据权利要求3所述一种窄淬透性轴承钢的生产工艺，其特征在于，所述精炼渣的组成成分按质量百分数计为CaO：46
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50%、MgO：10
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14%、SiO2：2
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5%、Al2O3：17
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22%、SiC：4
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8%、CaF2：3
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5%、BaO：2
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5%、Na3AlF6：1
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3%，白渣时间≥20min，冶炼时间≥40min；Al+CaC2按质量比1:2联合脱氧时的用量为0.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔佳川，王鲁义，薛伟江，
申请(专利权)人：联峰钢铁张家港有限公司，
类型：发明
国别省市：