高碳铬轴承钢及其制备方法技术

本发明专利技术通过在轴承钢铸造中使偏析最小化并减少偏析区域中大的碳化物的产生而提供具有优异疲劳寿命的高碳铬轴承钢。本发明专利技术提供了高碳铬轴承钢，其包含：0.5-1.2%的C；0.15-2.0%的Si；0.05-0.45%的Mn；等于或小于0.025%（排除0）的量的P；等于或小于0.025%（排除0）的量的S；0.1-1.6%的Cr；0.01-0.3%的Ce；以及作为余量的Fe和不可避免的杂质（以重量计），并且提供了其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及轴承钢，并且更具体地，涉及高碳铬轴承钢，其能通过在铸造材料中偏析带(segregation band)的精炼而降低偏析的发生从而改善轴承材料的耐疲劳性,并涉及所述高碳铬轴承钢的制备方法。
技术介绍
通常，轴承钢在转炉或电炉中制造，并随后在盛钢桶(ladle)中通过保持强还原气氛以降低其中非金属内容物的含量而进行精炼，并在氧含量(τ)通过真空脱气方法降低至12ppm或更低的状态下连续精炼。随后，轴承钢通过铸造过程固化为板坯(slab)或钢锭(steel ingot)并随后在进行均热(soaking)从而移除偏析和材料中包含的大的碳化物后轧棍为钢还(billets)。然后,通过在轧钢机中进行极缓慢的冷却操作以软化材料而使轴承钢坯形成钢丝或钢条。通过球化退火将钢丝或钢条加工为钢球或滚珠(roller)、轴承钢的滚动元件、或内滚道圈或外滚道圈，并随后进行淬火和回火处理作为硬化热处理以制造轴承、通过抛光处理制造最终产品。关于由上文所述铸造方法制造的轴承钢，通常认为由于具有高碳和高铬含量，在材料中产生偏析和大的碳化物是不可避免的。也就是说，由于在凝固过程中溶质元素在固相和液相中的溶解度之间存在差异，溶质原子可能被排出并在固-液界面的前方边缘堆积，且这可随后在枝晶(dendrites)之间产生微偏析。在凝固完成时，枝晶之间的微偏析被吸收进在材料中心部分产生的凝固缩孔(solidification shrinkage cavity)的内部,从而产生大量的中心偏析，并且导致在材料的中心偏析带可能产生大的碳化物。在疲劳试验过程中或在实际使用中这些大的碳化物可成为在大的碳化物区域中引发早期疲劳断裂从而导致轴承面剥落现象的一个原因。图1说明了在缩孔中产生的大的碳化物且可以证实缩孔的一部分可能未被填充。用于移除铸造材料的偏析带中最不利影响轴承钢机械性能的大的碳化物的现有技术方法可包括一种通过在低压下铸造而防止微偏析被吸收进缩孔的方法，和一种在铸造后通过在1000°c或更高的高温下进行均热(soaking)而扩散从而移除中心偏析和大的碳化物的方法。同样，已经进行许多尝试以通过设备控制偏析的出现，例如，日本专利申请特许公开号1996-132205已经提出通过在IOmm至IOOmm低压范围内进行连续垂直铸造操作减少轴承钢中偏析的方法，和日本专利申请特许公开号1994-248302已经提出在凝固部分安装轧辊并在低压下运行以控制偏析的技术。日本专利申请特许公开号1995-299550已经提出通过在低压下轧制板坯并且在初轧(blooming)之前在1150°C至1250°C的温度范围内均热2至5小时以移除大的碳化物的技术，日本专利申请特 许公开号2006-016683已经提出通过使用具有磷(P)浓度为0.002重量％至0.009重量％的钢，并将所述钢在1150°C至1260°C的温度范围内保持少于2小时而抑制大的碳化物的技术，以及日本专利申请特许公开号2009-127113已经提出涉及高碳铬轴承钢的技术，其中通过将钢在1050°C或更高的高温下保持I至4小时而减少并扩散消除大的碳化物。然而，由于通过使用目前的低压铸造技术不可能完全防止偏析和大的碳化物的产生，铸造后必须进行均热。此外，为了抑制大的碳化物的产生而通过将铸造材料保持在约1150°C或更高温度下一碳化物的产生温度一的均热不仅会极大地增加能量消耗，而且也可能会在材料表面层发生过度脱碳。因此，在钢坯轧制前可能需要热火焰清理(hotscarfing)并可导致产率降低。因此，由于在轴承钢铸造材料的偏析带中，通过枝晶之间的微偏析长成偏析可能产生大的碳化物，需要从根本上解决前述局限的技术。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面通过降低偏析的出现并抑制大的碳化物在偏析带中的产生而提供具有优异的耐疲劳性的轴承钢，及其制造方法。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供高碳铬轴承钢，其包含:0.5重量％至1.2重量％的碳(C) ；0.15重量％至2.0重量 ％的硅(Si) ；0.05重量％至0.45重量％的锰(Mn) ；0.025重量％或更少(排除O重量％)的磷⑵；0.025重量％或更少(排除O重量％)的硫⑶；0.1重量％至1.6重量％的铬(Cr) ；0.01重量％至0.3重量％的铈(Ce)；以及作为余量的铁(Fe)和其他不可避免的杂质。根据本专利技术的另一方面，提供一种通过在精炼熔融铁后进行铸造而制造高碳铬轴承钢的方法，其包括使用铈(Ce)化合物作为孕育剂(inoculant)以制造轴承钢。有益效果根据本专利技术，可以提供替代常规轴承钢的轴承钢，其中可减少锰(Mn)的加入，并且因为可以不需要单独均热而可以实现更高程度的经济效率，并且可通过促进偏析带中等轴晶粒的精炼而减少偏析的出现，并且可通过显著减少大的碳化物的尺寸而得到优异的疲劳寿命。附图说明本专利技术的上述和其他方面、特征和其他优势将由以下的详细描述结合附图得到更清楚地理解，其中:图1是表明缩孔中形成的大的碳化物的微观结构的显微图；图2 (a)和2 (b)是分别表明对比实施例和本专利技术实施例2中偏析带的等轴微观结构的显微图；图3 (a)和3 (b)是分别表明对比实施例和本专利技术实施例2中偏析带等轴晶粒尺寸分布的图；图4(a)和4(b)分别表明对比实施例和本专利技术实施例2中偏析带的电子探针X射线微观分析的结果；图5是在本专利技术实施例2中奥氏体晶粒的三晶交点(triple junction)处CeO2氧化物的显微图；和图6 (a)和6 (b)是分别表明对比实施例和本专利技术实施例2中偏析带中大的碳化物的微观结构的显微图。最佳方式本专利技术将在下文详细描述。本专利技术人发现以下事实:在偏析带形成大量精细等轴晶粒的方法一其中偏析可在铸造过程中出现一通过使轴承钢铸造过程中的偏析最小化并减少偏析带中大的碳化物的产生，可有效地得到具有优异耐疲劳性的轴承钢，从而完成了本专利技术。在本专利技术中，偏析带表示一个部分，其中由于铸造而在铸造材料中出现偏析，且根据铸造类型和方法，甚至在相同铸造类型中，偏析带也可能不同。例如，在钢锭铸造过程中偏析带可在钢锭顶部形成，且在连续铸造过程中偏析带可在铸造材料的中心部位形成。本专利技术人已经专利技术一种使用孕育剂以在铸造轴承钢中形成大量等轴晶粒的方法。孕育剂促进非均匀成核，其中孕育剂中的具体组分可快速形成与凝固相具有低晶格错配度(lattice misfit)的化合物或沉淀,这些化合物或沉淀可使固-液界面的界面能的增加最小化从而促进非均匀成核，并因此，可以促进精细等轴晶粒的形成。需要以与奥氏体具有低晶格错配度的化合物或沉淀作为孕育剂，且AlCe03、CeO2,Ce2O3> Ce2O2S, CeS、Ce2S3、TiC、TiN、TiO2、或Al2O3可以用作孕育剂。孕育剂的优选实例可以是CeO2和Ce203。由于例如CeO2与奥氏体的晶格错配度为6.7%，而Ce2O3与奥氏体的晶格错配度为11.0%，例如CeO2可以在轴承钢铸造过程中用作用于促进精细等轴晶粒形成的孕育剂。在下文中，将详细描述本专利技术的轴承钢的组成，按重量百分比计(下文中，重量％)。碳(C):0.5重量％至1.2重量％碳对于确保轴承钢的强度是非常重要的元素。在碳含量低的情况下，因为轴承钢可能会本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宽镐，
申请(专利权)人：POSCO公司，
类型：
国别省市：