一种轴承用钢
技术领域
本发明涉及一种轴承用钢。
背景技术
随着汽车技术的不断发展,汽车发动机周边设备的设计要求越来越紧凑,而且也要求具有更高的效率,如发电机、电磁离合器、张紧轮等附件;正是由于这些原因,这些设备中所使用的滚动轴承也就要求能够承受更高的温度、更高的转速以及更大的载荷,比如,汽车发电机用轴承要求具有越来越高的承载能力,同时其工作温度也将达到150~180℃。现在的轿车发电机输出功率一般都在1000瓦以上,其工作电流也一般在70~110A,有的甚至超过200A,高的输出功率必然对发电机用轴承提出了高的挑战。对这些高效能、高温下所使用的轴承进行失效分析时发现,大部分轴承中都产生了一种新型的早期剥落现象,称之为“白色组织(WEA)”剥落,通常这种剥落在滚动面次表层一定深度内出现,呈黑色针状或者白色条带状。
在轴承材料领域,使用最为广泛的是高碳铬轴承钢GCr15,由于其具有较高的C含量和Gr含量,使得其容易形成大块状的共晶碳化物、碳化物偏析以及数量众多而分布不均的脆性氧化物夹杂,同时,轴承在滚动疲劳过程中会出现白色组织(WEA),极大的影响了轴承的疲劳寿命和可靠度。
发明内容
本发明的目的:为了克服现有技术的缺陷,本发明提供了一种轴承用钢,其可有效较少轴承使用时因白色组织转变而引起的疲劳剥落;同时还大大降低了大块状的共晶碳化物、碳化物偏析以及脆性氧化物夹杂的形成,从而提高了轴承的疲劳寿命,更加可靠。
本发明的技术方案:一种轴承用钢,其特征在于,按质量百分比计,包括有C:0.70%~0.95%,Si:1.80%~2.50%,Mn:0.10%~0.30%,Cr:0.70%~1.50%,P≤0.02%,S:0.003%~0.012%,Al:0.01%~0.05%,O≤0.0015%,Ti≤0.0030%,其余为铁和不可避免的杂质。
采用上述技术方案,C为获得最终产品所必需的疲劳强度和耐磨性的一种有效元素,当C含量低于0.70%的钢淬火所得到的马氏体硬度低,耐磨性差,将严重降低疲劳强度和耐磨性,当C含量超过0.95%时,块状共晶碳化物以及碳化物偏析将出现恶化趋势;
Si是为了提高材料强度、提高钢的淬透性,尤其能抑止在滚动疲劳过程中白色组织(WEA)的形成,提高材料的疲劳强度,当Si含量低于1.80%时,将起不到该抑止作用,当Si含量超过2.50%时,该作用也变差,且产品的韧性也将变差;
Mn是一种提高钢的强度、提高钢的淬透性的有益元素,当Mn含量低于0.10%时,其使得钢的强度、淬透性不够,当Mn含量高于0.30%时,产品的强度、淬透性会恶化;
Cr是一种提高钢的强度、提高钢的淬透性、减少块状共晶碳化物形成的有益元素,当Cr含量低于0.70%时,其作用效果不够,当Cr含量高于1.50%时,产品的强度性能将严重恶化,并且这时块状共晶碳化物将容易出现;
P能使钢的塑性及韧性明显下降,特别是在较低温度下,更容易出现冷脆,为有害元素。但另一方面,在低碳钢中含有较高的硫和磷,有利于提高钢的切削性能,在轴承钢中磷P总是以有害元素出现,在本发明中磷规定不超过0.02%;
在钢中S是以MnS形式存在,当S含量低于0.003%时,由于形成的硫化物不足以包覆生成的氧化物夹杂,使得脆性氧化物夹杂的危害不能降低,不能起到作用,另外,当硫S含量高于0.010%时,由于过多的硫化物夹杂,导致其疲劳特性恶化;
铝有脱氧和使晶粒细化的作用,当Al含量低于0.010%时,这些作用变得非常微弱,当Al含量超过0.05%时,将使产品韧性恶化,并使夹杂物增多;
在钢中O以氧化物形式存在,形成的氧化物属于脆性夹杂物,过多的氧元素会对滚动疲劳寿命有严重损害;
Ti在钢中以TiN形式出现,形成的夹杂物属于脆性夹杂物,过多的钛元素会对其疲劳寿命有严重损害。
因此,该组分的钢,其可有效较少轴承使用时因白色组织转变而引起的疲劳剥落;同时还大大降低了大块状的共晶碳化物、碳化物偏析以及脆性氧化物夹杂的形成,从而提高了轴承的疲劳寿命,更加可靠。
本发明的进一步设置:所述的S的含量与O的含量比值为7~14。
采用上述进一步设置,限制S含量与O含量的比值为7~14,当该比值低于7时,钢中形成的硫化物不足以包覆生成的氧化物夹杂,当该比值高于14时,又会形成过量的硫化物夹杂,对材料的疲劳寿命严重损害。
本发明的再进一步设置:2.6%≤Cr+ Mn +Si≤4.0%。
采用上述再进一步设置,限制Cr、Mn、Si的含量之和是为了保证钢抑制滚动疲劳过程中白色组织(WEA)的产生,以及保证一定的淬透性以及疲劳强度。
具体实施方式
实施例1:
一种轴承用钢,按质量百分比计,包括有C:0.70%,Si:1.80%,Mn:0.20%,Cr:0.70%,P:0.01%,S:0.003,Al:0.01%,O:0.0003%,Ti:0.0030%,其余为铁和不可避免的杂质。
通过高炉——电炉——连续浇铸法生产具有上述成分的钢材,得到150×150mm的方坯,之后通过初轧和轧制成45mm直径的圆钢测量沿轧制方向的氧化物和硫化物夹杂,并检测碳化物形态,同时也检测了常规GCr15钢作为对比,结果如下表所示:
注:上述项目的检测,其中A类、B类夹杂物及氧化物-硫化物共生夹杂参照标准GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图检验方法》及GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》,碳化物液析参照GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》。
上述检测对比表明,使用发明的钢,其大大降低了大块状的共晶碳化物、碳化物偏析以及脆性氧化物夹杂的形成,从而提高了轴承的疲劳寿命,更加可靠。
利用本发明钢材以及常规GCr15钢材按照相同工艺制造成型号为6308的深沟球轴承,按照标准JB/T50013-2000《滚动轴承疲劳寿命试验规程》要求进行强化疲劳寿命试验,评定方法采用JB/T50093-1997《滚动轴承寿命及可靠性试验评定方法》试验结果显示常规GCr15钢制轴承疲劳寿命为3L10,可靠度为97%,而采用本发明钢制轴承强化疲劳寿命可达6L10,可靠度达99.5%,疲劳寿命提高近1倍;同时对失效轴承解剖分析,本发明的钢中未观察到白色组织转变现象。
实施例2:
一种轴承用钢,按质量百分比计,包括有C:0.95%,Si:2.5%,Mn:0.3%,Cr:1%,P:0.02%,S:0.012,Al:0.05%,O:0.0008%,Ti:0.0015%,其余为铁和不可避免的杂质。
通过高炉——电炉——连续浇铸法生产具有上述成分的钢材,得到150×150mm的方坯,之后通过初轧和轧制成45mm直径的圆钢测量沿轧制方向的氧化物和硫化物夹杂,并检测碳化物形态,同时也检测了常规GCr15钢作为对比,结果如下表所示:
注:上述项目的检测,其中A类、B类夹杂物及氧化物-硫化物共生夹杂参照标准GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图检验方法》及GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》,碳化物液析参照GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》。
上述检测对比表明,使用发明的钢,其大大降低了大块状的共晶碳化物、碳化物偏析以及脆性氧化物夹杂的形成,从而提高了轴承的疲劳寿命,更加可靠。
利用本发明钢材以及常规GCr15钢材按照相同工艺制造成型号为6308的深沟球轴承,按照标准JB/T50013-2000《滚动轴承疲劳寿命试验规程》要求进行强化疲劳寿命试验,评定方法采用JB/T50093-1997《滚动轴承寿命及可靠性试验评定方法》试验结果显示常规GCr15钢制轴承疲劳寿命为3L10,可靠度为97%,而采用本发明钢制轴承强化疲劳寿命可达6L10,可靠度达99.6%,疲劳寿命提高近1倍;同时对失效轴承解剖分析,本发明的钢中未观察到白色组织转变现象。
实施例3:
一种轴承用钢,按质量百分比计,包括有C:0.80%,Si:2.00%,Mn:0.10%,Cr:1.00%,P:0.015%,S:0.01,Al:0.025%,O:0.001%,Ti:0.002%,其余为铁和不可避免的杂质。
通过高炉——电炉——连续浇铸法生产具有上述成分的钢材,得到150×150mm的方坯,之后通过初轧和轧制成45mm直径的圆钢测量沿轧制方向的氧化物和硫化物夹杂,并检测碳化物形态,同时也检测了常规GCr15钢作为对比,结果如下表所示:
注:上述项目的检测,其中A类、B类夹杂物及氧化物-硫化物共生夹杂参照标准GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图检验方法》及GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》,碳化物液析参照GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》。
上述检测对比表明,使用发明的钢,其大大降低了大块状的共晶碳化物、碳化物偏析以及脆性氧化物夹杂的形成,从而提高了轴承的疲劳寿命,更加可靠。
利用本发明钢材以及常规GCr15钢材按照相同工艺制造成型号为6308的深沟球轴承,按照标准JB/T50013-2000《滚动轴承疲劳寿命试验规程》要求进行强化疲劳寿命试验,评定方法采用JB/T50093-1997《滚动轴承寿命及可靠性试验评定方法》试验结果显示常规GCr15钢制轴承疲劳寿命为3L10,可靠度为97%,而采用本发明钢制轴承强化疲劳寿命可达7L10,可靠度达99%,疲劳寿命提高1倍多;同时对失效轴承解剖分析,本发明的钢中未观察到白色组织转变现象。