BR112013012641B1

BR112013012641B1 - Aço de rolamento de cromo de alto carbono e método de produção do mesmo

Info

Publication number: BR112013012641B1
Application number: BR112013012641-8A
Authority: BR
Inventors: Ootsuka Syunichi; Nishiyama Yoshitaka; Kawakami Tadashi
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2018-06-05
Also published as: WO2012081229A1; JP5093410B2; EP2653569A4; MX341887B; US20130263972A1; KR20130109184A; BR112013012641A2; EP2653569B1; JPWO2012081229A1; CN103261450A; KR101509363B1; MX2013006091A; EP2653569A1; US8808470B2

Description

(54) Título: AÇO DE ROLAMENTO DE CROMO DE ALTO CARBONO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO (51) Int.CI.: C21D 6/00; C21D 1/06; C21D 1/26; C21D 1/32; C21D 1/76; C22C 38/00; C22C 38/38; C23C 8/22; F16C 33/32; F16C 33/34; F16C 33/62; F16C 33/64; C21D 9/08 (30) Prioridade Unionista: 13/12/2010 JP 2010-276797 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): SYUNICHI OOTSUKA; YOSHITAKA NISHIYAMA; TADASHI KAWAKAMI

1/20 “AÇO DE ROLAMENTO DE CROMO DE ALTO CARBONO E

MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO”.

Campo da Técnica

A presente invenção refere-se a um aço de rolamento de cromo de alto carbono excelente em usinabilidade para uso como um material de partida de um rolamento e a um método de produção do mesmo.

Os termos usados na presente descrição são definidos conforme se segue a não ser que seja especificamente citado de outra forma.

O termo carburização denota impregnação de uma superfície de aço com carbono através de processamento específico como carburização a gás.

O termo descarburização denota ter uma concentração de carbono reduzida de uma porção de aço próxima à superfície comparada a uma concentração de carbono de metal de base através de tratamento por calor ou similares.

O termo recarburização denota a restauração de um estado antes da descarburização por impregnação com carbono de uma porção em que a concentração de carbono é reduzida devido à descarburização.

O termo supercarburização denota causar a carburização excessiva devido à recarburização excessiva, de modo que a concentração de carbono da superfície do aço se torne mais que aquela do metal de base.

% denota porcentagem em massa de cada elemento incluído em um material-alvo (um aço de rolamento de cromo de alto carbono).

Antecedentes da Técnica

Os anéis de rolamento usados em rolamentos são submetidos local e repetitivamente à alta pressão de superfície e são exigidos de ter resistência a desgaste. Um aço de rolamento de cromo de alto carbono especificado por JIS G 4805 é usado em anéis de rolamento de tais rolamentos. Esse aço é fabricado através do aumento de um teor de carbono de metal de base e aplicação de tratamento por calor para coalescimento

2/20 (recozimento de coalescimento) carboneto, de modo a adquirir uma superfície dura, usinabilidade e características de deslizamento preferenciais.

Em tal tipo de aço de rolamento de cromo de alto carbono, o metal de base tem um alto teor de C e sua superfície se torna descarburizada quando aquecida a uma alta temperatura a não ser que uma atmosfera de fornalha seja controlada. Esse tipo de aço para uso em aço de rolamento é normalmente aquecido a uma alta temperatura em uma atmosfera recarburizante durante processos de fundição, desbaste e fabricação de tarugo e fabricação de tubo a quente; e consequentemente, uma camada descarburizada ainda permanece na superfície cje aço após um processo de laminação (laminação a frio, trefilação a frio).

Um aço de rolamento de cromo de alto carbono é submetido a processamento como talhamento, usinagem e resfriamento brusco e usados para produção de partes como anéis de rolamento e, caso uma camada descarburizada permaneça após usinagem, uma força predeterminada e microestrutura não podem ser adquiridas em uma porção com a camada descarburizada, o que causa deterioração das características de deslizamento. Consequentemente, se houver uma camada descarburizada profunda, essa camada descarburizada é removida através do uso de esmerilhamento ou similar antes da usinagem, o que causa aumento em homem-hora e deterioração de um rendimento, resultando em aumento significante em um custo de fabricação.

Como uma solução para o problema, são revelados métodos de tratamento por calor para recarburização da camada descarburizada através de um controle de atmosfera. Por exemplo, a Literatura de Patente 1 descreve a carburização em uma região de austenita a uma alta temperatura. Um método de recozimento de coalescimento é revelado em que o aço de rolamento ou aço hipereutetóide é usado como um alvo em que o material-alvo é aquecido a fim de ser carburizado em uma região de austenita (γ) de não menos que um ponto de transformação Acm em um estágio inicial de um

3/20 padrão de calor de recozimento de coalescimento, impedindo desse modo a descarburização que foi gerada em recozimento de coalescimento convencional.

Entretanto, a Literatura de Patente 2 e a Literatura de Patente 3 descrevem a carburização em um região de ferrita. A Literatura de Patente 2 prova que a velocidade de difusão de carbono é mais rápida na fase α a uma temperatura mais baixa que na fase γ a uma temperatura mais alta e a recarburização pode ser adquirida suficientemente mesmo na fase α e a Literatura de Patente 2 também revela um método de carburização e tratamento por calor de aço de rolamento de cromo de alto carbono, em que durante o recozimento de coalescimento, a recarburização e coalescimento de uma camada descarburizada são realizados ao mesmo tempo em uma atmosfera carburizante em uma faixa de temperatura de 720 a 700 °C que é de não mais que o ponto de transformação Ai.

A Literatura de Patente 3 revela esse tipo de método de tratamento por calor que controla uma temperatura em descarregamento de uma peça de trabalho, uma taxa de fluxo de gás de atmosfera em uma zona de descarregamento e uma pressão de fornalha, uma taxa de resfriamento e um valor de (CO)²/CO₂ de uma atmosfera em uma faixa de temperatura de não mais que o ponto de transformação Ai a não menos que 500 °C, impedindo, desse modo, a geração de fuligem e reduzindo uma camada descarburizada devido à recarburização.

A Literatura de Patente 4 descreve um controle de nível de descarburização através de carburização a gás e difusão de carbono.

Especificamente, a Literatura de Patente 4 revela esse tipo de método de supressão de descarburização de aço de rolamento de cromo de alto carbono, em que a recarburização e a supercarburização são realizadas ao mesmo tempo em que o coalescimento em uma fornalha de recozimento controlado por atmosfera e o coalescimento é realizado continuamente em uma fornalha de aquecimento de combustão direta ao mesmo tempo em que estimula

4/20 suficientemente a descarepação e a difusão de carbono em uma porção supercarburizada do aço, controlando desse modo o nível de descarburização.

A Literatura de Patente 5 descreve a recarburização após descarepação. Especificamente, a Literatura de Patente 5 revela esse tipo de método de recarburização de um corte de anel de aço a partir de um tubo de aço de rolamento de cromo de alto carbono, em que o oxigênio é removido através de descarepação antes do tratamento por calor em uma atmosfera carburizante de modo a facilitar a recarburização e daí o recozimento é aplicado na atmosfera carburizante para recarburização ou supercarburização do anel de aço.

A Literatura de Patente 6 e a Literatura de Patente 7 descrevem prevenção de descarburização através da remoção de oxigênio em carepa ou remoção da carepa. A Literatura de Patente 6 revela esse tipo de método de tratamento por calor de aço, em que (CO)²/CO₂ da atmosfera é controlado de modo a remover o oxigênio na carepa antes do aquecimento final e um controle de atmosfera é realizado sem a recarburização ou descarburização no tratamento por calor final. A Literatura de Patente 7 revela esse tipo de método de prevenção de descarburização de uma superfície interna de um tubo de aço, em que o recozimento de coalescimento do tubo de aço é realizado com uso de uma fornalha de tratamento por calor de combustão direta através da aplicação de recozimento ao tubo de aço com ambas as suas extremidades do tubo vedadas após a carepa ser removida. Ê considerado que uma superfície interna da peça de trabalho não tem reação com um gás de atmosfera de fornalha porque a difusão de carbono é estimulada no interior da peça de trabalho.

A Literatura de Patente 8 descreve a prevenção de descarburização de uma superfície interna de um tubo de aço através do revestimento de grafita a essa superfície interna. Especificamente, a Literatura de Patente 8 revela um método de prevenção de descarburização da superfície interna do tubo de aço, em que no tratamento por calor do tubo de aço em uma

5/20 fornalha de atmosfera recarburizante, uma mistura de grafita e líquido não inflamável mesmo a uma alta temperatura é aplicada na superfície interna do tubo de aço, de modo a aumentar potencial de carbono na superfície interna do tubo de aço, realizando desse modo a recarburização do tubo de aço.

Listagem de Citações

Literatura de Patente

Literatura de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente n^s JP

02-54717

03-126858

05-148611

04-136117

2003-27144

2000-319723

05-78734

Literatura de Patente 2: Publicação de Pedido de Patente n^s JP

Literatura de Patente 3: Publicação de Pedido de Patente n^a JP

Literatura de Patente 4: Publicação de Pedido de Patente n² JP

Literatura de Patente 5: Publicação de Pedido de Patente n² JP

Literatura de Patente 6: Publicação de Pedido de Patente n² JP

I

Literatura de Patente 7: Publicação de Pedido de Patente n² JP

Literatura de Patente 8: Publicação de Pedido de Patente n² JP

03-2327

Sumário da Invenção

Problema Técnico

Infelizmente, o método descrito na Literatura de Patente 1 acima tem um problema em que o aquecimento do aço em uma região γ por um longo período de tempo causa a aspereza do grão de austenita e prejudica a difusão uniforme de carbonetos esferoides.

O método descrito na Literatura de Patente 2 usa a mistura gasosa de CO, H2, CO₂, e N₂, como um gás de carburização; no entanto, é

6/20 difícil e oneroso controlar sua composição de gás. No caso também do uso de uma atmosfera carburizante em uma faixa de temperatura mais alta que o ponto de transformação Ai e resfriamento do aço em uma atmosfera de N₂, uma camada supercarburizada que tem dureza maior se torna mais profunda, o que deteriora a eficiência de usinagem em um processo de usinagem durante a produção dos rolamentos. No método de controle da (CO)²/CO₂ da atmosfera descrito na Literatura de Patente 3, uma concentração de carbono mais alta de não menos que 0,6% aumenta o potencial de carbono de aço, o que torna difícil a recarburização do aço, de modo que a recarburização suficiente não possa ser adquirida em uma camada descarburizada mais profunda.

Embora o método da Literatura de Patente 4 aplique a recarburização na fornalha de recozimento controlado por atmosfera, a recarburização na fornalha de recozimento controlado por atmosfera se torna insuficiente se a camada descarburizada do tubo vazio tem concentração de carbono de não mais que 0,5% em que a descarburização se torna intensiva e, consequentemente, a descarburização não pode ser suprimida mesmo com a difusão de carbono na fornalha de aquecimento de combustão direta.

No método da Literatura de Patente 5 que realiza a descarepação antecipadamente de modo a facilitar a recarburização, se o tubo vazio tiver uma camada descarburizada mais fina, a camada supercarburizada provavelmente se torna mais espessa, o que deteriora a eficiência de usinagem durante usinagem. No método da Literatura de Patente 6 que remove o oxigênio na carepa através do controle de (CO)²/CO₂ na atmosfera, há um problema em que o oxigênio na carepa não pode ser removido caso a carepa do tubo vazio seja mais espessa e se o tubo vazio tiver uma camada descarburizada mais espessa, a camada descarburizada ainda permanece após o tratamento por calor final mesmo se o oxigênio na carepa for removido.

O método da Literatura de Patente 7 tem um problema em que causa o aumento em homem-hora exigido para a operação de vedação por

7/20 tampão. Se a camada descarburizada for mais espessa, o recozimento por um período de tempo mais longo é exigido para a recarburização através de difusão de carbono, o que déteriora a eficiência do processo de tratamento por calor. O método da Literatura de Patente 8 também tem um problema em que exige homem-hora e custo mais pesados para o revestimento da mistura de grafita e líquido não inflamável, mesmo a uma alta temperatura na superfície interna do tubo e é difícil revestir com essa mistura um tubo de aço com um diâmetro menor.

Na técnica anterior acima, existem tais problemas em que não somente a camada descarburizada permanece devido à recarburização insuficiente, mas também a recarburização excessiva gera uma camada supercarburizada que tem uma dureza maior que reduz vida útil de ferramentas de usinagem durante usinagem como talhamento, usinagem e resfriamento brusco de aços de rolamento de cromo de alto carbono. Existe outro problema em que o aumento em homem-hora e custo pode ser inevitável.

A presente invenção foi lograda em vista dos problemas acima na técnica anterior e com base em vários estudos desses problemas, um objetivo da presente invenção é fornecer um método para produção eficiente de um aço de rolamento de cromo de alto carbono excelente em usinabilidade para uso como um material de partida de um rolamento que impede que a camada descarburizada permaneça em abundância devido à recarburização insuficiente e evita a presença de uma camada supercarburizada espessa devido à recarburização excessiva.

Solução para o Problema

Os presentes inventores conduziram vários estudos para solucionar os problemas mencionados anteriormente e, como um resultado dos mesmos, os presentes inventores confirmaram que é possível solucionar os problemas acima através da aplicação da seguinte solução a um tubo de aço após a fabricação de tubo a quente.

8/20

Especificamente, durante a produção de aço de rolamento de cromo de alto carbono, um tubo de aço após a fabricação de tubo a quente é aquecido a uma temperatura mais alta que um ponto de transformação A_ci (ponto de transformação Ai quando o aquecimento do tubo de aço a partir de uma temperatura mais baixa) em uma atmosfera carburizante. Consequentemente, o tubo de aço é resfriado lentamente abaixando até uma temperatura preferencial de não mais que (ponto de transformação A_ri-20) °C ao mesmo tempo em que mantém a atmosfera carburizante de modo a estimular a carburização em uma camada descarburizada e a recarburizar.

Nesse momento, a carburização excessiva pode causar a supercarburização. Subsequentemente, o tubo de aço é resfriado em uma atmosfera oxidante de modo a controlar a espessura da camada descarburizada ou uma camada supercarburizada para ficar dentro de uma faixa preferencial. Conforme descrito acima, a temperatura preferencial de não mais que (ponto de transformação A_ri -20) °C é determinada dependendo do grau de descarburização gerada durante os processos da fundição a fabricação de tubo a quente.

De acordo com esse método, o ajuste de uma temperatura para o início do resfriamento na atmosfera oxidante dependendo do grau de descarburização de uma peça de trabalho (tubo de aço após a fabricação de tubo a quente) possibilita que a recarburização seja promovida ou possibilita que a supercarburização seja suprimida, bem como controla uma profundidade da camada descarburizada ou da camada supercarburizada para ficar dentro de uma faixa preferencial. Consequentemente, é possível produzir eficientemente um aço de rolamento de cromo de alto carbono excelente em usinabilidade, com menos tolerância de usinagem de modo a facilitar a usinagem, o que pode solucionar os problemas dos métodos convencionais sugeridos como: a camada supercarburizada se torna mais profunda (os métodos das Literaturas de Patentes 2 e 5 acima); a camada descarburizada permanece devido à recarburização insuficiente (os métodos da Literatura de

9/20

Patentes 3, 4 e 6); o processo de tratamento por calor se torna ineficiente (o método da Literatura de Patente 7), homem-hora e custo mais pesados são exigidos (o método da Literatura de Patente 8), em que o coalescimento e a recarburização são realizados ao mesmo tempo de modo a controlar a profundidade da camada descarburizada para ficar dentro de uma faixa de 0 a 0,2 mm ou a profundidade da camada supercarburizada para ficar dentro uma faixa de 0 a 0,2 mm (isto é, uma faixa comumente definida como uma profundidade permitida de uma camada descarburizada em um tubo de aço).

O aço de rolamento de cromo de alto carbono descrito na presente invenção denota qualquer tipo de aço de rolamento de cromo de alto carbono especificado por SUJ1 a 5 em JIS G 4805 cujo teor de C é alto e também denota esse tipo de aço que contém adicionalmente um ou mais de Mo, W e V se necessário.

Os sumários da presente invenção são descritos no método de produção de um aço de rolamento de cromo de alto carbono de (1) abaixo e no aço de rolamento de cromo de alto carbono de (2) e (3) abaixo.

(1) Um método de produção de um aço de rolamento de cromo de alto carbono que inclui: aquecimento de uma peça de trabalho a uma temperatura mais alta que um ponto de transformação Ad em uma atmosfera carburizante; resfriar lentamente a peça de trabalho a não mais que 70 °C/h abaixando até uma temperatura T que satisfaça a Fórmula (1) ao mesmo tempo em que mantém a atmosfera carburizante: A_ri-20^T(°C)^300 °C ... (1); e resfriamento da peça de trabalho em uma atmosfera oxidante, em que A_c1 denota um ponto de transformação Ai em que uma região de duas fases da região (a) e cementita (Θ) troca para uma região de duas fases de austenita (γ) e cementita (Θ) no momento de aquecimento da peça de trabalho a partir de uma temperatura mais baixa. A_ri denota o ponto de transformação Ai em que a região de duas fases de austenita e cementita troca para a região de duas fases da região e cementita no momento de resfriamento da peça de trabalho a partir de uma temperatura mais alta.

10/20

A peça de trabalho denota um tubo vazio obtido no processo de produção de um aço de rolamento de cromo de alto carbono através do uso de vários processos de fabricação de tubo a quente (como o processo de fabricação de tubo por extrusão, o processo de fabricação de tubo por bancada de empuxo e o processo de fabricação de tubo Mannesmann, etc.) após aço ser derretido e fundido.

(2) Um aço de rolamento de cromo de alto carbono produzido pelo método apresentado acima (1) que compreende, em % em massa: C: 0,6 a 1,5%; Cr: 0,5 a 5,0%; Si: não mais que 1,0%; e Mn: não mais que 2,0%, sendo que o saldo é Fe e impurezas.

(3) O aço de rolamento de cromo de alto carbono apresentado acima (2) que compreende adicionalmente, em % em massa, um ou mais de Mo: não mais que 1,0%; W: não mais que 1,0%; e V: não mais que 1,0%, no lugar da parte de Fe.

Efeitos Vantajosos da Invenção

O método de produção do aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção promove a recarburização ou a supercarburização em uma atmosfera carburizante e, consequentemente, troca a atmosfera para a atmosfera oxidante durante o processo de aplicação de recozimento de coalescimento ao tubo vazio após fabricação de tubo a quente, controlando, desse modo, a profundidade da camada descarburizada ou da camada supercarburizada. De acordo com esse método, é possível produzir eficientemente um aço de rolamento de cromo de alto carbono excelente em usinabilidade, com menos tolerância de usinagem, e que suprime a deterioração da eficiência de usinagem.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é um desenho que mostra um exemplo de um padrão de calor de recozimento de coalescimento empregado pela presente invenção.

A Figura 2 é um desenho que mostra uma relação entre uma distância a partir de uma superfície externa de uma peça de trabalho e

11/20 concentração de carbono em um resultado de uma análise linear ΕΡΜΑ na concentração de carbono da peça de trabalho.

Descrição das Modalidades

Conforme descrito acima, o método de produção de aço de 5 rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção tem atributos de aplicação de recozimento de coalescimento a um tubo vazio após fabricação de tubo a quente e resfriamento subsequente do tubo vazio e as configurações básicas do método de produção do aço de rolamento podem não estar limitadas a configurações específicas. Especificamente, o aço é derretido e fundido de modo a ter a composição química de um aço de rolamento de cromo de alto carbono que é o alvo da presente invenção e, consequentemente, é produzido em um tubo vazio através do uso de vários processos de fabricação de tubo a quente (como processo de fabricação de tubo por extrusão, processo de fabricação de tubo por bancada de empuxo e o processo de fabricação de tubo Mannesmann, etc.), e o recozimento de coalescimento definido pela presente invenção é aplicado a esse tubo vazio. A descarepação, outro(s) tipo(s) de tratamento por aquecimento e trabalho a frio podem ser aplicados antes e após o recozimento de coalescimento.

No método de produção da presente invenção, o recozimento de coalescimento é realizado em uma atmosfera carburizante de modo a promover a carburização em uma camada descarburizada gerada dependendo do potencial de carbono de aço e processos até a fabricação de tubo a quente para, desse modo, alcançar a recarburização, mas, nesse momento, a carburização pode acontecer excessivamente para causar a supercarburização em alguns casos.

Um método de controle de um gás de atmosfera usado como a atmosfera carburizante não é especificamente limitado. Um exemplo do método de controle do gás de atmosfera pode incluir um método de uso de somente um gás endotérmico convertido (gás RX) e um método de uso de um gás à base de CO-CO2-H2-H2O-N2 produzido a partir de uma mistura de um

12/20 gás RX e um gás exotérmico convertido (gás NX).

O caso de uso somente do gás RX para a preparação da atmosfera carburizante aumenta um custo de combustível exigido para geração de gás RX necessário. Entretanto, no caso de uso da mistura gasosa do gás RX e do gás NX, o potencial de carbono se torna menor que aquele da atmosfera preparada através do uso somente do gás RX, mas o custo de combustível para geração do gás NX é menor que aquele para geração do gás RX, que é relativamente barato. O potencial de carbono pode ser controlado com base na razão da mistura entre ambos os gases.

No método de produção do aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção, o tubo vazio após fabricação de tubo a quente é aquecido e retido na atmosfera carburizante e, consequentemente, é submetido a recozimento de coalescimento em que, ao mesmo tempo em que mantém a atmosfera carburizante de modo a promover carburização, o tubo vazio é resfriado lentamente abaixando até uma temperatura que satisfaça a Fórmula (1) e, subsequentemente, o tubo vazio é resfriado em uma atmosfera oxidante, controlando desse modo a profundidade da camada descarburizada ou da camada supercarburizada.

O recozimento de coalescimento pode ser realizado através do uso de qualquer método comum. Por exemplo, um exemplo do método comum pode incluir (a) um método para retenção do tubo vazio imediatamente abaixo do ponto de transformação A_t por um longo período de tempo, (b) um método para aquecer alternada e repetitivamente o tubo vazio imediatamente abaixo e acima do ponto de transformação Ai e (c) um método para aquecimento do tubo vazio imediatamentè acima do ponto de transformação Aí e, consequentemente, resfriar lentamente o tubo.

A Figura 1 mostra um exemplo de um padrão de calor do recozimento de coalescimento empregado pela presente invenção e é equivalente ao método de recozimento de coalescimento acima (c).

Conforme mostrado na Figura 1, a peça de trabalho (tubo vazio

13/20 após fabricação de tubo a quente) é aquecida e retida a uma temperatura mais alta que o ponto de transformação Aci na atmosfera carburizante e, consequentemente, o recozimento de coalescimento é realizado dessa maneira em que o tubo vazio é resfriado lentamente abaixando até uma temperatura T que satisfaça a Fórmula (1) (isto é, uma temperatura dentro de uma faixa de não mais que (Αη-20) °C a não menos que 300 °C) na atmosfera carburizante. No exemplo ilustrado, o tubo vazio é aquecido e retido a 800 °C, e é resfriado lentamente abaixando até um ponto de tempo t no eixo geométrico de tempo correspondente a T em uma taxa de resfriamento de não mais que 70 °C/h (horas). Subsequentemente, o tubo vazio é resfriado em uma atmosfera oxidante.

A fim de garantir tempo suficiente para a carburização, o tempo de manutenção de recozimento de coalescimento é preferencialmente estabelecido em 120 minutos ou mais a uma temperatura mais alta que o >.

ponto de transformação Ai e em 15 minutos ou mais a não mais que o ponto de transformação Ai (isto é, uma faixa de temperatura do ponto de transformação Aj à temperatura T que satisfaz a Fórmula (1)) na atmosfera carburizante.

A razão para a definição da faixa de temperatura para a atmosfera carburizante ser de uma temperatura que satisfaça a Fórmula (1), isto é, não mais que (A_ri-20) °C a não menos que 300 °C é conforme se segue.

Especificamente, já que a camada descarburizada gerada durante os processos até o tubo vazio laminado a quente ser produzido é mais profunda, a faixa de temperatura para a atmosfera carburizante deveria ser maior para garantir recarburização suficiente e, se a camada descarburizada gerada durante o processo até tubo vazio laminado a quente ser produzido for mais espessa, uma faixa de temperatura maior para a atmosfera carburizante é exigido para recarburização intensiva, o que resulta em diminuição na faixa de temperatura para a atmosfera oxidante. Pelo contrário, se a camada

14/20 descarburizada for rasa, não é necessário recarburizar tanto a camada descarburizada, de modo que a faixa de temperatura para a atmosfera carburizante possa ser menor. Nesse sentido, a temperatura usada para a mudança da atmosfera da atmosfera carburizante para a atmosfera oxidante é permitida de ter uma faixa ampla e é permitido determinar a temperatura que satisfaça a Fórmula (1), isto é, a temperatura em que o resfriamento lento na atmosfera carburizante é completado e o resfriamento na atmosfera oxidante é iniciado, dependendo do potencial de carbono do aço e a extensão da descarburização gerada durante os processos até a fabricação de tubo a quente.

Se a atmosfera oxidante for estabelecida para ser iniciada a uma temperatura de mais que (Aci-20) °C, não somente a recarburização se torna insuficiente na camada descarburizada na atmosfera carburizante, mas também a descarburização é gerada na atmosfera oxidante subsequente, o 15 que resulta na profundidade da camada descarburizada poder ser de mais que 0,2 mm. Conforme mencionado anteriormente, se a camada descarburizada se tornar mais profunda, a faixa de temperatura para a atmosfera carburizante deveria ser suficientemente maior e, para esse propósito, a temperatura em que a atmosfera é trocada para a atmosfera oxidante pode necessitar de ser a 20 temperatura ambiente, por exemplo.

Na Figura 1, a região circundada por uma linha tracejada mostra uma faixa em que a temperatura T que satisfaz a Fórmula (1) dependendo da extensão da descarburização pode ser determinada apropriadamente. Em outras palavras, o limite superior dessa faixa é (ponto de transformação 25 A_r1)-20 °C e é o limite inferior da mesma é 300 °C. Em uma operação real, a temperatura para a atmosfera carburizante pode ser abaixada para temperatura ambiente, mas em vista do controle da profundidade da camada supercarburizada e, porque o custo do gás de atmosfera se tornar alto, a temperatura para a atmosfera oxidante é definida em 300 °C ou mais.

Um dos atributos do método de produção do aço de rolamento de

15/20 cromo de alto carbono da presente invenção é que a temperatura que satisfaz a Fórmula (1) pode ser determinada, dependendo do potencial de carbono da peça de trabalho e a extensão da descarburização gerada durante os processos até a fabricação de tubo a quente, isto é, a temperatura em que o resfriamento na atmosfera oxidante é iniciado pode ser determinada.

Na determinação da temperatura T que satisfaz a Fórmula (1) em uma operação real, a extensão da descarburização gerada na peça de trabalho (tubo vazio laminado a quente) é percebida em conjunto com o teor de C da peça de trabalho e os processos até a fabricação de tubo a quente e ao mesmo tempo, uma correlação entre a extensão da descarburização e a temperatura T que satisfaz a Fórmula (1) é empiricamente obtida antecipadamente através da operação real. Os resultados acima são acumulados de modo a determinar precisamente a temperatura T que satisfaz a Fórmula (1) e para controlar a profundidade da camada descarburizada ou da camada supercarburizada para fica? dentro uma faixa de 0 a 0,2 mm, produzindo desse modo o aço de rolamento de cromo de alto carbono excelente em usinabilidade.

É preferencial estabelecer o limite superior da velocidade de resfriamento na atmosfera oxidante para ser de 200 °C/min de modo a garantir tempo suficiente para redução da supercarburização causada por uma reação entre a camada externa de aço e carbono. O limite inferior da mesma não é especificamente limitado, mas pode ser preferencial estabelecer a 10 °C/h em virtude da eficiência de produção. Tipicamente, o resfriamento na atmosfera oxidante pode ser conduzido através de resfriamento no ar.

O aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção é um aço de rolamento obtido através da aplicação do método de produção da presente invenção e compreende C: 0,6 a 1,5%, Cr: 0,5 a 5,0%, Si: não mais que 1,0% e Mn: não mais que 2,0%, sendo que o saldo é Fe e impurezas, conforme mencionado anteriormente. Esse aço de rolamento de cromo de alto carbono pode conter um ou mais de Mo: não mais que 1,0%, W:

16/20 não mais que 1,0% eV: não mais que 1,0% se necessário.

A ação e efeitos dos elementos incluído no aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção e razões para limitação do conteúdo de cada elemento serão agora descritos.

C: 0,6 a 1,5%

C é um elemento eficaz para intensificar a força, a dureza e a resistência a desgaste para um rolamento e também para intensificar sua vida útil. A fim de alcançar esses efeitos, o teor de C é estabelecido para ser de não menos que 0,6%. Por outro lado, o teor de C excessivo aumenta o potencial de carbono do aço, de modo que a extensão da descarburização gerada durante os processos até a fabricação de tubo a quente se torne maior, o que torna difícil realizar a carburização através do controle de atmosfera. Conforme o teor de C é aumentado, o carboneto no aço tende a se tornar muito grande, o que gera a precipitação de carboneto à base M₃C (M: Fe, Cr) gigantesco, o que deteriora as características de fadiga de contato de laminação do rolamento. Por isso, o teor de C ser estabelecido para ser de não mais que 1,5%. A faixa preferencial do teor de C é de 0,8 a 1,2%. A faixa mais preferencial do mesmo é de 0,95 a 1,1 %.

Cr: 0,5 a 3,0%

Cr é um elemento eficaz na contribuição para uniformização do refinamento de carboneto bem como para promover a carburização. A fim de alcançar esses efeitos, o conteúdo de Cr é preferencialmente estabelecido para ser de não menos que 0,5%. O conteúdo de Cr de não mais que 3% permite que o carboneto de Cr precipite em pequenas quantidades e o carboneto compreende principalmente cementita, assim a reação de carburização é governada pela difusão de C e o crescimento de carboneto é rápido, realizando, desse modo, rapidamente a carburização. O conteúdo de Cr mais preferencial se encontra dentro de uma faixa de 0,9 a 1,6%.

Si: não mais que 0,1%

Si é um elemento necessário para a desoxidação do aço e se o

17/20 conteúdo de Si for de mais que 1,0%, seu efeito de suprimir a carburização se torna excessivo, o que prejudica a recarburização suficiente. A rigidez do aço também é deteriorada. Consequentemente, o conteúdo de Si é preferencialmente estabelecido para ser de não mais que 1,0%. O conteúdo de

Si mais preferencial se encontra dentro de uma faixa de não menos que 0,15% a não mais que 0,7%.

Mn: não mais que 2,0%

Mn é eficaz como um desoxidante, de modo similar a Si. Mn tem um efeito de suprimir a deterioração da trabalhabilidade a quente atribuível ao

S contido como um impureza. Por outro lado, o conteúdo de Mn excessivo não somente causa fragilização, mas também abaixa excessivamente o ponto de transformação A_ci e abaixa a temperatura efetiva para a carburização, resultando em um tempo de tratamento mais prolongado. Consequentemente, o limite superior do conteúdo de Mn é preferencialmente estabelecido em

2,0%. O limite superior mais preferencial do mesmo é de 1,15%.

O aço de rolamento da presente invenção pode positivamente incluir um ou mais de Mo, W e V se necessário.

Mo, W: não mais que 1,0%

Mo e W são, ambos, elementos eficazes para intensificar a temperabilidade e também intensifica a resistência à maciez de têmpera e atua de forma eficaz para intensificar a rigidez do aço. Seus conteúdos excessivos em maior extensão saturam o efeito de intensificação da rigidez e assim cada conteúdo de Mo e W é preferencialmente estabelecido para ser de não mais que 1,0% se forem adicionados. Os conteúdos preferenciais dos mesmos são de não mais que 0,25%. Cada limite inferior de conteúdos de Mo e W não é especificamente limitado, mas é preferencialmente estabelecido para ser de não menos que 0,01% a fim de adquirir o efeito marcante dos mesmos.

V: não mais que 1,0%

V combina com C durante a carburização para formar carboneto do tipo MC característico e tem um efeito de precipitar difusivamente com os

18/20 carbonetos de Fe e Cr de modo a intensificar a vida útil versus a fadiga de contato de laminação. O conteúdo de V de mais que 1,0% satura o efeito de intensificar a vida útil da fadiga de contato de laminação e assim o conteúdo de V é preferencialmente estabelecido para ser de não mais que 1,0% se V for adicionado.

Conforme mencionado anteriormente, o método de produção do aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção é um método de promoção da recarburização ou da supercarburização na atmosfera carburizante durante aplicação de recozimento de coalescimento ao tubo vazio após a fabricação de tubo a quente e, consequentemente, a troca de atmosfera para a atmosfera oxidante, controlando desse modo a profundidade da camada descarburizada ou a profundidade da camada supercarburizada, e eliminando o aumento em homem-hora e custo que parcialmente ocorre na técnica anterior. O aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção é um aço de rolamento produzido por esse método da presente invenção que tem menos tolerância de usinagem, suprime a deterioração da eficiência de usinagem e é excelente em usinabilidade.

Exemplos

Os tubos de aço (85,0<px7,7t(mm)) obtidos através da fabricação de tubo a quente e produzidos a partir de grau de aço equivalente a SUJ2 especificado por JIS G 4805 foram aquecidos a uma temperatura mais alta que o ponto de transformação An e, consequentemente, foi submetido ao recozimento de coalescimento para ser resfriado lentamente para 660 °C a 70 °C/h na atmosfera carburizante por 180 minutos. Em uma faixa de temperatura de menos que 660 °C, os tubos de aço foram resfriados a uma taxa de resfriamento de 70 °C/min na atmosfera oxidante. Especificamente, os tubos de aço foram resfriados no ar na faixa de temperatura de menos que 660 °C.

A composição química dos tubos de aço acima é mostrada na

Tabela 1.

Tabela 1

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	Composição química (% em massa, sendo que 0 saldo é Fe e impurezas)
C	Cr	Si	Mn	P	S	Mo
Peça de trabalho	1,01	1,47	0,22	0,34	0,012	0,007	0,01

Uma mistura gasosa de um gás RX e um gás NX (CO: 12 % em volume, CO2: 0,6 % em volume, O2: 0,2 % em volume, H2O: 0,7%, H2: 21% em volume, sendo que o saldo é: N2) foi usada como o gás de atmosfera carburizante e o gás que contém CO₂: 0,03% e O₂: 21%, sendo que o saldo é

N₂, foi usado como o gás de atmosfera oxidante. Em outras palavras, nenhum gás especial foi preparado para o gás de atmosfera oxidante, mas ar foi usado como a atmosfera oxidante.

A concentração de carbono nas redondezas de uma superfície externa de cada tubo de aço (peça de trabalho) após o recozimento de coalescimento e resfriamento foi medida através de uma análise linear ΕΡΜΑ.

A Figura 2 é um desenho do resultado da análise linear ΕΡΜΑ da concentração de carbono da peça de trabalho e que mostra uma relação entre uma distância a partir da superfície externa da peça de trabalho e a concentração de carbono da mesma. Nesse caso, a profundidade da camada supercarburizada foi determinada através do uso de uma posição em que a concentração de carbono foi consecutivamente a concentração de carbono de metal de base (%) + 0,05 (%) ou mais e a distância a partir da superfície externa nessa posição em que a concentração de carbono da peça de trabalho foi medida com um passo de 0,01 mm e comparada de maneira tal que a média dos dados numéricos de leituras em dez pontos consecutivos foi tirada para representar a concentração de carbono a um passo de 0,1 mm.

A Figura 2 revela que a camada supercarburizada tinha uma profundidade de 0,03 mm que estava dentro de uma faixa de 0 a 0,2 mm.

No caso da camada supercarburizada gerada após o recozimento de coalescimento e o resfriamento, a concentração de carbono nas

20/20 redondezas da superfície externa da peça de trabalho foi também medida através da análise linear ΕΡΜΑ e a profundidade da camada descarburizada foi determinada através do uso de uma posição em que a concentração de carbono da peça de trabalho com base nos dados numéricos obtidos da maneira acima foi, consecutivamente, a concentração de carbono de metal de base (%)-0,05 (%) ou menos e a distância a partir da superfície externa nessa posição e, como um resultado dessa análise, foi confirmado que a camada descarburizada estava dentro de uma faixa de 0 a 0,2 mm.

Como um resultado do teste acima, foi confirmado que, de acordo com o método de produção do aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção, é possível produzir um aço de rolamento de cromo de alto carbono excelente em usinabilidade, com menos tolerância de usinagem e fácil de ser usinado pela promoção da recarburização ou da supercarburização na atmosfera carburizante e, consequentemente, a troca da atmosfera para a atmosfera oxidante de modo a controlar a profundidade da camada descarburizada ou da camada supercarburizada.

Aplicabilidade Industrial

O aço de rolamento de cromo de alto carbono dá presente invenção é um aço de rolamento cuja profundidade da camada recarburizada ou da camada supercarburizada se encontra dentro de uma faixa de 0 a 0,2 mm, com menos tolerância de usinagem e excelente em usinabilidade. Esse aço de rolamento pode ser mais eficientemente produzido através da aplicação do método de produção do aço de rolamento de cromo de alto carbono da presente invenção, em que o recozimento de coalescimento é realizado na atmosfera carburizante e, consequentemente, o resfriamento é realizado na atmosfera oxidante. Consequentemente, a presente invenção pode ser usada de forma eficaz em campos industriais pertinentes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de produção de um aço de rolamento de cromo de alto carbono CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

aquecer uma peça de trabalho a uma temperatura mais alta que

5 um ponto de transformação A_ci em uma atmosfera carburizante;

resfriar lentamente a peça de trabalho a não mais que 70 °C/h abaixando até uma temperatura T que satisfaça a Fórmula (1) ao mesmo tempo em que mantém a atmosfera carburizante:

A_ri-20>T(°C)>300 °C... (1),

10 em que A_ci: um ponto de transformação Ai no momento de aquecimento da peça de trabalho a partir de uma temperatura mais baixa, e Am: um ponto de transformação Ai no momento de resfriamento da peça de trabalho a partir de uma temperatura mais alta; e resfriar a peça de trabalho em uma atmosfera oxidante.

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2. Aço de rolamento de cromo de alto carbono

CARACTERIZADO pelo fato de que o aço de rolamento de cromo de alto carbono é produzido pelo método de produção, conforme definido na reivindicação 1, e compreende em % em massa:

C: 0,6 a 1,5%;

20 Cr: 0,5 a 5,0%;

Si: não mais que 1,0%; e

Mn: não mais que 2,0%, sendo que o saldo é Fe e impurezas.
3. Aço de rolamento de cromo de alto carbono, de acordo com a

25 reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente, em % em massa, um ou mais de Mo: não mais que 1,0%; W: não mais que 1,0%; e V: não mais que 1,0%, no lugar da parte de Fe.

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Distância a partir da superfície externa (mm)