CN102953006A - 整体硬贝氏体轴承钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种整体硬贝氏体轴承钢，其化学成分的质量百分数如下：碳含量为0.9～1.1、铝含量为0.8～1.2、铬含量为1.5～1.8、钼含量为0.15~0.25、硅含量为0.3～0.6、磷和硫含量分别都小于0.01，氧含量和氢含量分别为10ppm和1ppm以下，其余为铁；组织是无碳化物贝氏体铁素体板条、少量马氏体和残余奥氏体薄膜的复相组织。制造方法为：熔炼钢水、经精炼和真空脱气处理、再经电渣重熔获得钢坯，将钢坯进行塑性热加工，经过球化退火处理的钢，再机械冷加工成轴承，对轴承进行奥氏体化后快冷到钢的Ms+10℃盐浴中等温淬火，最后进行回火热处理。制得的轴承在使用过程中尺寸稳定，在高应力条件下，这种硬贝氏体轴承钢的疲劳寿命比GCr15轴承钢提高1倍以上。

Description

整体硬贝氏体轴承钢及其制造方法

技术领域  本发明涉及一种轴承材料及其制造方法。

背景技术  众所周知，轴承是机械设备中的关键基础零件，它既要具有优良的耐磨性、又要具备高的抗接触疲劳性能，轴承质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。而轴承质量的好坏在很大程度上取决于轴承材料及其热处理工艺。传统的轴承基本组织都是回火马氏体组织，这种组织硬度高，但韧性较低。为了进一步提高轴承的服役寿命，近年来发展起了贝氏体组织轴承钢，我国开始对GCr15钢进行贝氏体相变热处理研究最早始于上世纪九十年代初的洛阳轴承研究所（《轴承》9（1994）32）。后来国内外研究了GCr18Mo和GCr15SiMn等轴承钢的贝氏体热处理技术。因此，国内外也相继出现许多贝氏体轴承的专利，其中最有代表性的是1998年瑞典奥瓦科钢铁股份公司的专利（中国专利公开号CN1214368A）和2000年荷兰SKF工程研究中心公司的专利（中国专利公开号CN1347462A），前者是对GCr18Mo钢进行先在稍高于钢的Ms温度以上等温进行贝氏体相变，然后将钢加热到Bs鼻子尖温度进行等温，从而加快未转变奥氏体的贝氏体相变；后者首先将GCr15钢进行奥氏体化处理，然后在低于250℃的盐浴中进行等温淬火，同时进行30%的冷变形，从而获得下轴承表面具有下贝氏体组织的轴承。这两个发明专利的工艺技术都比较复杂，其一是要进行低温变形，另一个是需要长时间的贝氏体相变保温，在工业生产中实现起来都比较困难。

发明内容  本发明的目的在于提供一种适合于高载荷条件下使用的整体硬贝氏体轴承钢及其制造方法，其主要是在GCr18Mo轴承钢的基础上加入铝，以促进钢的贝氏体相变，避免贝氏体相变过程中析出碳化物，使轴承在200℃左右的盐浴中较短时间等温转变可以获得整体硬贝氏体组织。

本发明硬贝氏体轴承钢其化学成分为(wt%)：碳含量为0.9～1.1、铝含量为0.8～1.2、铬含量为1.5～1.8、钼含量为0.15~0.25、硅含量为0.3～0.6、磷和硫含量分别都小于0.01，含氧和含氢量分别为10ppm和1ppm以下，其余为铁；并且其组织构成是无碳化物贝氏体铁素体板条、少量马氏体和残余奥氏体薄膜的复相组织。

上述整体硬贝氏体轴承钢的制造方法如下：

（1）采用转炉或者电炉熔炼钢水、将钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理、再经过氩气保护气氛电渣重熔获得纯净钢坯，其化学成分为(wt%)：碳含量为0.9～1.1、铝含量为0.8～1.2、铬含量为1.5～1.8、钼含量为0.15~0.25、硅含量为0.3～0.6、磷和硫含量分别都小于0.01，含氧和含氢量分别为10ppm和1ppm以下，其余为铁。

（2）采用常规的锻造或者轧制对原材料进行塑性热加工，并且塑性变形比大于8。

（3）将上述塑性热加工的材料进行球化退火，球化退火工艺为：加热到800～850℃保温15～18h进行等温球化退火，然后机械冷加工成轴承。

（4）轴承的最终热处理工艺为：

a、将上述轴承加热到880～920℃保温30～60分钟，淬入Ms+10℃盐浴中保温100～200分钟，空冷至室温；

b、将上述轴承加热到150～250℃保温60～120min，空冷至室温。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的复相组织是通过在略高于材料的Ms点温度等温淬火而获得亚结构尺寸非常细小，且不存在碳化物的贝氏体组织，它具有淬火马氏体组织的硬度和调质组织的韧度，是一种综合力学性能最佳的新型组织。这样的轴承在使用过程中尺寸稳定，在高应力条件下，这种整体硬贝氏体轴承钢的疲劳寿命比目前广泛应用的GCr15轴承钢提高2倍以上。

2、本发明的整体硬贝氏体组织轴承钢在实验室条件下的滚动接触疲劳寿命是传统GCr15钢轴承疲劳寿命的2倍以上，在摩擦磨损试验机测试了这种整体硬贝氏体组织的摩擦磨损性能，其结果摩擦磨损性能是传统GCr15轴承钢的2倍以上。由于这种整体硬贝氏体组织轴承钢具有很好的硬度和韧度综合力学性能，因此，它特别适合于高应力条件下使用的轴承，比如大功率风电机组用轴承。

3、本发明整体硬贝氏体轴承钢的硬度大于HRC60、韧度大于10J，抗滚动接触疲劳性能是普通回火马氏体组织GCr15轴承的2倍以上。

4、本发明的整体硬贝氏体轴承钢主要组织是无碳化物纳米贝氏体铁素体组织，这种组织具有高的强韧性和很好的综合力学性能。荷兰SKF公司的贝氏体轴承钢是下贝氏体组织，下贝氏体组织的强度和韧度性能通常比我们发明的硬贝氏体组织低15%以上。瑞典的贝氏体轴承钢专利技术，尽管他们是刻意缩短贝氏体相变温度的保温时间，但还是需要至少10h，而我们发明专利的贝氏体相变温度保温时间最多仅为200min，通常为3h，保温时间大大缩短，从而可以有效的提高轴承的生产效率，降低轴承的生产成本。

具体实施方式

实施例1

采用转炉熔炼钢水、将钢水经过炉外常规精炼和常规真空脱气处理、再经过氩气保护气氛电渣重熔获得纯净钢坯，钢化学成分为(wt%)：0.97 C、0.85 Al、1.52 Cr、0.57Si、0.22 Mo，0.008 P和0.005 S，8ppm O和1ppm H，其余为铁。采用常规的锻造对钢坯进行塑性热变形加工，塑性变形比为10。然后，对这种经过变形的轴承钢进行加热到810℃保温18h进行等温球化退火处理，再将其机械冷加工成轴承。将经过等温球化退火处理的轴承加热到890℃保温55min，淬入190℃盐浴中保温180min，空冷至室温；将上述轴承加热到240℃保温70min后空冷至室温。获得的整体硬贝氏体轴承的硬度为HRC62、韧度12J，其抗滚动接触疲劳性能比普通淬火加回火马氏体组织GCr15轴承钢提高1.2倍。

实施例2

采用转炉熔炼钢水、将钢水经过炉外精炼和真空脱气处理、再经过氩气保护气氛电渣重熔获得纯净钢坯，钢化学成分为(wt%)：1.02 C、1.1 Al、1.72 Cr、0.35 Si、0.20 Mo，0.008 P和0.006 S，9ppm O和0.8ppm H，其余为铁。采用常规的轧制对钢坯进行塑性变形加工，塑性变形比是11。然后，对这种经过变形的轴承钢进行加热到820℃保温16h进行等温球化退火处理，再将其机械冷加工成轴承。将经过等温球化退火处理的轴承加热到900℃保温45min，淬入180℃盐浴中保温150min，空冷至室温；将上述轴承加热到200℃保温90min后空冷至室温。获得的整体硬贝氏体轴承的硬度为HRC63、韧度10J，其抗滚动接触疲劳性能比普通淬火加回火马氏体组织GCr15钢轴承提高1.3倍。

实施例3

采用电炉熔炼钢水、将钢水经过炉外精炼和真空脱气处理、再经过氩气保护气氛电渣重熔获得纯净钢坯，钢化学成分为(wt%)：1.10 C、1.15 Al、1.65 Cr、0.48 Si、0.17 Mo，0.006 P和0.006 S，9ppm O和1ppm H，其余为铁。采用常规的锻造对钢坯进行塑性变形加工，塑性变形比是12。然后，对这种经过变形的轴承钢进行加热到840℃保温15h进行等温球化退火处理，再将其机械冷加工成轴承。将经过等温球化退火处理的轴承加热到910℃保温35min，淬入180℃盐浴中保温110min，空冷至室温；将上述轴承加热到160℃保温110min后空冷至室温。获得的整体硬贝氏体轴承的硬度为HRC62、韧度15J，其抗滚动接触疲劳性能比普通淬火加回火马氏体组织GCr15钢轴承提高1.1倍。

Claims (2)

1.一种整体硬贝氏体轴承钢，其特征在于：其化学成分的质量百分数如下：碳含量为0.9～1.1、铝含量为0.8～1.2、铬含量为1.5～1.8、钼含量为0.15~0.25、硅含量为0.3～0.6、磷和硫含量分别都小于0.01，氧含量和氢含量分别为10ppm和1ppm以下，其余为铁；组织构成是无碳化物贝氏体铁素体板条、少量马氏体和残余奥氏体薄膜的复相组织。

2.权利要求1整体硬贝氏体轴承钢的制造方法，其特征在于：

（1）采用利用转炉或者电炉熔炼钢水、将钢水经过炉外精炼和真空脱气处理、再经过保护气氛电渣重熔获得纯净钢坯，其化学成分的质量百分数分别为：碳含量为0.9～1.1、铝含量为0.8～1.2、铬含量为1.5～1.8、钼含量为0.15~0.25、硅含量为0.3～0.6、磷和硫含量分别都小于0.01，含氧量和含氢量分别为10ppm和1ppm以下，其余为铁；

（2）采用常规的锻造或者轧制对原材料进行塑性热加工，并且塑性变形比大于8；

（3）将上述塑性热加工的材料进行球化退火，球化退火工艺为：加热到800～850℃保温15～18h进行等温球化退火，然后机械冷加工成轴承；

（4）轴承的最终热处理工艺为：

a、将上述轴承加热到880～920℃保温30～60分钟，淬入Ms+10℃盐浴中保温100～200分钟，空冷至室温；

b、将上述轴承加热到150～250℃保温60～120min，空冷至室温。