CN103938099B

CN103938099B - 一种轴承用钢

Info

Publication number: CN103938099B
Application number: CN201410156269.9A
Authority: CN
Inventors: 刘斌
Original assignee: C&U Group Ltd
Current assignee: Shanghai Qingzheng Automobile Bearing Co ltd; C&U Co Ltd
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: CN103938099A

Abstract

本发明涉及一种轴承用钢，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，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。

Description

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。

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。

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。

Claims

1.一种轴承用钢，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，所述的S的含量与O的含量比值为7～14，2.6%≤Cr+Mn+Si≤4.0%。