CN106636942A - 一种抗滚动疲劳轴承钢球及其制备方法 - Google Patents

一种抗滚动疲劳轴承钢球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1‑1.1%,Cr:1.4‑1.5%,Si:0.2‑0.4%,Mn:0.3‑0.5%,Ni:0.02‑0.04%,Mo:0.1‑0.15%,Nb:0.03‑0.04%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe;其中,满足“Al=C‑16.5Nb”的表达式。本发明还公开了上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法。本发明具有良好的硬度、耐磨性和抗滚动疲劳性。

Description

一种抗滚动疲劳轴承钢球及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢球技术领域,尤其涉及一种抗滚动疲劳轴承钢球及其制备方法。
背景技术
轴承钢是特种钢产品中要求最为严格的产品,轴承工作条件十分恶劣,在工作时承受着极大的压力和摩擦力,所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性,以及高的弹性极限和高的抗滚动疲劳性能。因此需严格要求轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布。
目前,我国轴承钢球的性能较低,在使用过程中容易在钢球表面或内部产生裂纹,导致钢球的抗滚动疲劳性能低下,因此需要提供新的轴承钢球,来提高轴承钢球的性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种抗滚动疲劳轴承钢球及其制备方法,本发明通过各元素以合适比例相互配合,并以合适的球化退火工艺,阻止网状碳化物形成,促进球状碳化物的形成并均匀分布,使得本发明具有良好的加工性、韧性、抗裂性,并配以合适的热处理工艺,使得本发明内部组织均匀,从而大大增加本发明的硬度、耐磨性和抗滚动疲劳性。
本发明提出的一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1-1.1%,Cr:1.4-1.5%,Si:0.2-0.4%,Mn:0.3-0.5%,Ni:0.02-0.04%,Mo:0.1-0.15%,Nb:0.03-0.04%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe;
其中,满足“Al=C-16.5Nb”的表达式。
优选地,其各组分的重量百分比如下:C:1.03-1.07%,Cr:1.42-1.48%,Si:0.25-0.35%,Mn:0.35-0.45%,Ni:0.025-0.035%,Mo:0.11-0.13%,Nb:0.032-0.038%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe。
优选地,其各组分的重量百分比如下:C:1.05%,Cr:1.45%,Si:0.3%,Mn:0.4%,Ni:0.03%,Mo:0.12%,Nb:0.035%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe。
本发明还提出了上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至840-860℃,保温20-40min,降温至740-760℃,保温40-60min,接着升温至810-830℃,保温40-60min,降温至690-710℃,保温1-2h,降温至640-650℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至250-270℃,保温6-8h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球。
优选地,在S2中,轧制的终轧温度为880-900℃。
优选地,在S2中,取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至840-860℃,保温20-40min,以3-5℃/min的速度降温至740-760℃,保温40-60min,接着以3-5℃/min的速度升温至810-830℃,保温40-60min,以15-20℃/s的速度降温至690-710℃,保温1-2h,以10-15℃/s的速度降温至640-650℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球。
优选地,在S3中,淬火温度为830-850℃。
本发明通过增加C含量,来增加本发明的耐磨性和硬度,并配合适含量的Cr,来进一步增加本发明的硬度,并通过Ni、Mo相互配合,增加本发明的韧性,和抗裂性能;通过限定Al=C-16.5Nb的关系式,C、Nb、Al以合适比例配比,使得在球化退火过程中,Nb对C原子产生很强的拖拽作用,并且Nb、Al配合,降低珠光体形变温度,减小珠光体片层间距,Nb可以形成Nb(C,N)析出,在珠光体相变过程中,阻止C的长程扩散,从而减小珠光体的片层间距,从两方面作用达到细化珠光体的作用,并与适量Al配合,进一步细化珠光体片间距,增加强韧性;Nb与Al配合,降低珠光体形变温度,加快球化进程,缩短球化时间,增加形变储能,从而促进C在钢中均匀扩散,并配合NbC可以改变铁素体和渗碳体之间的界面能,使珠光体产生离异共析,变得不规则,使得网状碳化物更加破碎,从而促进球化退火时形成球状渗碳体并在钢球内部均匀分散,通过循环球化退火工艺,并配合Nb、Al、C的作用,大大缩短了球化退火的时间,使得碳化物球化完全并均匀分布在钢球中,从而大大增加本发明的加工性能、韧性和抗裂性能;另外Al、Nb可以形成细小的碳化物和氮化物,配合Cr元素,达到阻止球状碳化物长大,细化晶粒的作用,从而进一步增加本发明的机械性能;通过选用合适的淬火温度,使得碳化物固溶进入奥氏体,增加本发明的硬度和强度,并通过淬火、回火,增加本发明的强度、韧性,消除残余应力,增加本发明的抗裂性;本发明通过各元素以合适比例相互配合,并以合适的球化退火工艺,阻止网状碳化物形成,促进球状碳化物的形成并均匀分布,使得本发明具有良好的加工性、韧性、抗裂性,并配以合适的热处理工艺,使得本发明内部组织均匀,从而大大增加本发明的硬度、耐磨性和抗滚动疲劳性。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1.05%,Cr:1.45%,Si:0.3%,Mn:0.4%,Ni:0.03%,Mo:0.12%,Nb:0.035%,S:0.015%,P:0.015%,Al:0.473%,余料为Fe。
上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至850℃,保温30min,降温至750℃,保温50min,接着升温至850℃,保温50min,降温至700℃,保温1.5h,降温至645℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至260℃,保温7h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球。
实施例2
一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1%,Cr:1.5%,Si:0.2%,Mn:0.5%,Ni:0.02%,Mo:0.15%,Nb:0.03%,S:0.02%,P:0.02%,Al:0.505%,余料为Fe。
上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至860℃,保温20min,以5℃/min的速度降温至740℃,保温60min,接着以3℃/min的速度升温至830℃,保温40min,以20℃/s的速度降温至690℃,保温2h,以10℃/s的速度降温至650℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球,其中,轧制的终轧温度为880℃;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至270℃,保温6h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球,其中,淬火温度为850℃。
实施例3
一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1.1%,Cr:1.4%,Si:0.4%,Mn:0.3%,Ni:0.04%,Mo:0.1%,Nb:0.04%,S:0.018%,P:0.018%,Al:0.44%,余料为Fe。
上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至840℃,保温40min,以3℃/min的速度降温至760℃,保温40min,接着以5℃/min的速度升温至810℃,保温60min,以15℃/s的速度降温至710℃,保温1h,以15℃/s的速度降温至640℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球,其中,轧制的终轧温度为900℃;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至250℃,保温8h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球,其中,淬火温度为830℃。
实施例4
一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1.03%,Cr:1.48%,Si:0.25%,Mn:0.45%,Ni:0.025%,Mo:0.13%,Nb:0.032%,S:0.017%,P:0.017%,Al:0.502%,余料为Fe。
上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至855℃,保温25min,以4.5℃/min的速度降温至745℃,保温55min,接着以3.5℃/min的速度升温至825℃,保温45min,以18℃/s的速度降温至695℃,保温1.8h,以11℃/s的速度降温至647℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球,其中,轧制的终轧温度为885℃;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至265℃,保温6.5h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球,其中,淬火温度为845℃。
实施例5
一种抗滚动疲劳轴承钢球,其各组分的重量百分比如下:C:1.07%,Cr:1.42%,Si:0.35%,Mn:0.35%,Ni:0.035%,Mo:0.11%,Nb:0.038%,S:0.016%,P:0.016%,Al:0.443%,余料为Fe。
上述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至845℃,保温35min,以3.5℃/min的速度降温至755℃,保温45min,接着以4.5℃/min的速度升温至815℃,保温55min,以16℃/s的速度降温至705℃,保温1.2h,以13℃/s的速度降温至643℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球,其中,轧制的终轧温度为895℃;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至255℃,保温7.5h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球,其中,淬火温度为835℃。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗滚动疲劳轴承钢球,其特征在于,其各组分的重量百分比如下:C:1-1.1%,Cr:1.4-1.5%,Si:0.2-0.4%,Mn:0.3-0.5%,Ni:0.02-0.04%,Mo:0.1-0.15%,Nb:0.03-0.04%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe;
其中,满足“Al=C-16.5Nb”的表达式。
2.根据权利要求1所述抗滚动疲劳轴承钢球,其特征在于,其各组分的重量百分比如下:C:1.03-1.07%,Cr:1.42-1.48%,Si:0.25-0.35%,Mn:0.35-0.45%,Ni:0.025-0.035%,Mo:0.11-0.13%,Nb:0.032-0.038%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe。
3.根据权利要求1或2所述抗滚动疲劳轴承钢球,其特征在于,其各组分的重量百分比如下:C:1.05%,Cr:1.45%,Si:0.3%,Mn:0.4%,Ni:0.03%,Mo:0.12%,Nb:0.035%,S≤0.02%,P≤0.02%和Al,余料为Fe。
4.一种如权利要求1-3任一项所述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、熔炼:取废钢熔炼,加入碳、铬、硅、锰、镍、钼、铌、铝,粗炼,精炼,出炉浇铸得到满足上述成分的铸锭;
S2、球化退火:取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至840-860℃,保温20-40min,降温至740-760℃,保温40-60min,接着升温至810-830℃,保温40-60min,降温至690-710℃,保温1-2h,降温至640-650℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球;
S3、热处理:取S2中得到的中间钢球,淬火冷却至室温,升温至250-270℃,保温6-8h,冷却至室温,硬磨,初研,精研得到抗滚动疲劳轴承钢球。
5.根据权利要求4所述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,其特征在于,在S2中,轧制的终轧温度为880-900℃。
6.根据权利要求4或5所述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,其特征在于,在S2中,取S1中得到的铸锭,进行轧制,然后调节温度至840-860℃,保温20-40min,以3-5℃/min的速度降温至740-760℃,保温40-60min,接着以3-5℃/min的速度升温至810-830℃,保温40-60min,以15-20℃/s的速度降温至690-710℃,保温1-2h,以10-15℃/s的速度降温至640-650℃,空冷至室温,冷镦,光磨得到中间钢球。
7.根据权利要求4-6任一项所述抗滚动疲劳轴承钢球的制备方法,其特征在于,在S3中,淬火温度为830-850℃。
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