【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种轴承钢及其制造方法。
技术介绍
1、众所周知，渗碳轴承钢是一种优质的低碳或中碳合金钢，它具有切削性能优异、冷加工性能良好、耐冲击、渗碳后耐磨、接触疲劳寿命高的优点。
2、在当前现有技术中，渗碳轴承钢的应用十分广泛，其主要用于制造承受冲击负荷较大的轴承，比如轧机、重型车辆、铁路机车、矿山机械的轴承。采用渗碳轴承钢生产制备的轴承，除了表面具有高硬度、高耐磨、高疲劳强度和良好的尺寸稳定性外，其轴承内部还具有很高的韧性。除此以外，工件表面在进行渗碳处理之后，其表面还会形成残余压应力，有利于提高轴承的寿命及耐冲击性能。
3、然而，相对于高碳轴承钢而言，制备渗碳轴承钢所需的渗碳工艺更为复杂。为了获得表面均匀的渗碳层组织(渗碳层深度1.5-2.5mm)，轴承需要在1100℃以上保持较长时间，而常规渗碳轴承钢在这种高温渗碳环境下常常会出现晶粒粗大、力学性能降低的问题。
4、因此，为了细化晶粒、提高强韧性，国内外研究人员研发并设计了一些微合金化的渗碳轴承钢的技术方案，例如：公开号为jp7278740、jp2009228049和jp7126804的三篇日本专利文献所公开的技术方案，其在化学成分设计时添加了微量的nb、v、b等合金元素，这些元素能够与[c]、[n]结合生成碳化物、氮化物和碳氮化物，所形成的这些化合物可以在高温下溶解，并在低温下析出，从而能够起到抑制晶粒长大以及沉淀强化作用。
5、但研究发现，对于承受冲击负荷较大的轴承(比如轧机、重型车辆、铁
6、综上，现有的渗碳轴承钢尚存在以下不足之处：(1)现有渗碳轴承钢的强韧性难以满足制造承受严重冲击负荷的轴承(例如：大型轧机、重型车辆、重载铁路机车、风电轴承、矿山机械轴承)；(2)由于高温渗碳技术的发展，现有技术中所采用的渗碳轴承钢已经难以满足高温真空渗碳(渗碳温度≥1100℃)或碳氮共渗工艺技术。
7、基于此，为了解决当前渗碳轴承钢所面临的缺陷与不足，本专利技术期望获得一种新的高温渗碳轴承钢及其制造方法，该高温渗碳轴承钢通过合理的化学成分设计并配合优化工艺，可以获得十分优异的性能，其不仅可以满足高温渗碳表面处理工艺的要求，还具有优异的强韧性，所制备的轴承能够承受严重的冲击负荷，具有十分良好的推广前景和应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种高温渗碳轴承钢，该高温渗碳轴承钢通过合理的化学成分设计并配合优化工艺，可以获得十分优异的性能，其易于渗碳表面处理、组织性能优良且强韧性较优，所制备的轴承能够承受严重的冲击负荷，具有十分良好的推广前景和应用价值。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高温渗碳轴承钢，其含有fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：
3、c：0.2～0.3％，mn：1.25～1.70％，si：0.2～0.4％，cr：1.85-2.20％，ni：0.2～0.45％，mo：0.25～0.40％，al：0.015～0.040％，n：0.014～0.021％，nb：0.02～0.04％，v：0.1～0.2％，s：0.005～0.02％。
4、进一步地，在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，其各化学元素质量百分比为：
5、c：0.2～0.3％，mn：1.25～1.70％，si：0.2～0.4％，cr：1.85-2.20％，ni：0.2～0.45％，mo：0.25～0.40％，al：0.015～0.040％，n：0.014～0.021％，nb：0.02～0.04％，v：0.1～0.2％，s：0.005～0.02％；余量为fe和不可避免的杂质。
6、在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，各化学元素的设计原理如下所述：
7、c：在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，c元素含量是决定钢材经渗碳淬火后所制备的零部件的心部硬度和淬透性最重要的元素之一，其心部既要具有耐冲击的性能，而且还要有足够的强度。
8、一般认为，高温渗碳轴承钢中添加0.08～0.30％的c元素，控制零部件的心部硬度hrc为25～45为最好。然而，在本专利技术中，综合考虑c元素的有益效果，具体将c元素的质量百分比控制在0.2～0.3％之间。将c元素控制在0.2-0.3％之间，不仅可以确保获得的零部件的心部硬度为30-40hrc，同时还能保证渗碳工艺的稳定进行，获得良好的强韧性。
9、cr：在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，cr元素可以有效调整钢材的淬透性，提高渗碳层的耐磨性，并改善钢材的力学性能。此外，添加适量的cr元素还能使钢材的热处理工艺稳定，并确保获得良好的渗碳性能。一般而言，渗碳轴承钢的cr元素含量在2％以下，重载负荷的渗碳轴承钢的cr元素含量也不超过5％。但在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，为了确保渗碳轴承钢获得良好的淬透性和力学性能，将cr元素的质量百分含量控制在1.85～2.20％之间。
10、mn：在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，mn元素与cr元素均是碳化物形成元素，其能代替部分铁原子形成(fe.mn)3c型碳化物。但是这种碳化物与铬的碳化物(fe.cr)3c不同，其在加热时易固溶于奥氏体，在回火时也易析出和聚集。在高温渗碳轴承钢中，mn元素对于渗碳性能有显著地影响，即随着钢中mn元素含量的增加，钢材的渗碳性能会大幅增加。专利技术人通过实验研究表明：当钢中mn元素含量在1.25％以下，mn元素对于钢材的冲击疲劳、破断韧性的作用比cr元素更好；但当钢中mn元素含量大于1.70％时，则钢材的切削性能会变坏，其原因可能因为产生了纤维组织所致。基于此，为发挥mn元素的有益效果，在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，将mn元素的质量百分比控制在1.25～1.70％之间。
11、si：在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，钢中加入si元素，可以强化铁素体，提高钢材的强度、弹性极限和淬透性，改善回火软化性能。此外，si元素和mn元素的复合作用，还能够显著提高渗碳层的抗回火能力，当钢中si元素含量越高时，则钢材的抗回火能力越强。但需要注意的是，钢中si元素含量也不宜过高，当钢中si元素含量超过1.5％时，则si与mn的复合作用效果变小。因此，在一般渗碳轴承钢中，控制si元素含量的上限为1.5％；而如果钢中si元素含量在0.6％以下，则虽然有益于钢的渗碳性能，却显现不出si与mn的复合效果。
12、基于此，通过实验研究，在本专利技术所设计的这种高温渗碳轴承钢中，专利技术人倾向于改善渗碳性能而将si元素含量设计并限制在0.20～0.40％之间。而对于钢材的抗回火能力，本专利技术专利添加的cr，mn等合金元素均可以参与提高回火稳定性。实验证明，在这种设计思路下，本专利技术所设计的高温渗碳轴承钢仍然具有稳定的抗回火能力。
13、ni：在本专利技术所述的高温渗碳轴承钢中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温渗碳轴承钢，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：
2.如权利要求1所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：
3.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，在不可避免的杂质中的各元素满足下列各项的至少其中之一：O≤0.001％，P≤0.015％，Ti≤0.0015％，Cu≤0.15％，Sn≤0.025％，Sb≤0.015％，As≤0.03％。
4.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其晶粒度等于或高于9级。
5.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其具有MnS夹杂物，所述MnS夹杂物包括在晶界处析出的棒状硫化物，以及在晶内析出的球状硫化物、棒状硫化物和不规则硫化物。
6.如权利要求5所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，在晶界处析出的棒状硫化物的长度在8-15μm之间；在晶内析出的球状硫化物的直径为3-6μm；在晶内析出的棒状硫化物的长度为4-8μm。
7.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，
8.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其经过正火热处理后的性能满足：抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥12％，断面收缩率≥56％，V型冲击功≥110J。
9.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其经过高温真空渗碳或高温渗氮或碳氮共渗工艺后，渗碳层内晶粒度细于8级，渗碳层深度为1.95-2.05mm，渗碳层硬度为609-630HV，接触疲劳寿命L10≥4×107次。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的高温渗碳轴承钢的制造方法，其特征在于，包括步骤：
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，以≤180℃/h的升温速度将连铸方坯加热到1230～1290℃，并均热保持60～150min，然后轧制成坯料，坯料缓冷12-36h。
12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，将坯料加热到1180～1230℃，控制坯料表面温差≤30℃，加热总时间在180min以上，然后轧制成圆钢后空冷。
...【技术特征摘要】
1.一种高温渗碳轴承钢，其含有fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：
2.如权利要求1所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：
3.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，在不可避免的杂质中的各元素满足下列各项的至少其中之一：o≤0.001％，p≤0.015％，ti≤0.0015％，cu≤0.15％，sn≤0.025％，sb≤0.015％，as≤0.03％。
4.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其晶粒度等于或高于9级。
5.如权利要求1或2所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，其具有mns夹杂物，所述mns夹杂物包括在晶界处析出的棒状硫化物，以及在晶内析出的球状硫化物、棒状硫化物和不规则硫化物。
6.如权利要求5所述的高温渗碳轴承钢，其特征在于，在晶界处析出的棒状硫化物的长度在8-15μm之间；在晶内析出的球状硫化物的直径为3-6μm；在晶内析出的棒状硫化物的长度为4-8μm。
7.如权利要求1或2所述的高温渗碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘湘江，陈志平，徐迎铁，黄瑞，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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