CN1144885C - 表面具有下贝氏体组织的滚动轴承钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从1C-1.5Cr型系列钢制备滚动轴承部件如滚动轴承圈的方法，以及由所述的方法所制得的滚动轴承部件。至少滚动轴承部件的表面具有贝氏体组织。业已发现，与未经冷轧处理的部件相比，所述组织的使用寿命明显增加。优选采用下贝氏体组织，该组织可从通常的、铁素体的1C-1.5Cr型钢制得。在奥氏体化处理之前，所述的钢进行冷变形处理。淬火，使之得到贝氏体组织。

Description

表面具有下贝氏体组织的滚动轴承钢及其制备方法
本发明涉及一种1C-1.5Cr型钢系列的滚动轴承钢(rolling bearingsteel)。这样的钢通常具有下列成分：
碳：                        0.85-1.10wt.％
硅：                        0.005-0.6wt.％
锰：                        0.005-0.80wt.％
铬：                        1.25-2.05wt.％
镍：                        最高0.35wt.％
钼：                        最高0.36wt.％
其余                        铁及常规杂质
具有这种成分的钢被广泛用于制备滚动轴承部件(rolling bearingcomponent)。从铁素体组织出发，这种钢经过奥氏体化热处理，之后，经淬火处理，得到最终部件的马氏体表面组织。这种马氏体组织相对坚硬，具有较好的基本性质。在对滚动接触疲劳寿命(contact fatigue life)和韧度感兴趣的应用场合下，则使用渗碳钢(carburised steel)。渗碳钢及其热处理成本昂贵，而且其相关的热处理通常复杂得多。
EP0896068A1公开了一种轴承钢的贝氏体硬化方法。为了达到这种目的，处于铁素体状态的起始物料，经奥氏体化处理，之后淬火，得到最终的贝氏体组织。
本发明的目的是提供一种具有改进性质的钢，特别是具有改进的滚动接触疲劳和较好的韧度性质。
根据本发明，这可以通过使铁素体状态的钢经过变形处理(deformation)而得以实现。这种变形处理可以是热处理，也可以是冷处理。如果采用热变形(warm deformation)处理，优选在铁素体相中进行变形处理，即在低于700℃的温度下进行。在热成形(warm forming)中，变形所得到的位错晶胞会在加热到硬化温度的过程中形成微细的亚晶粒(sub-grain)，从而得到一种更精细的组织，该组织是采用下贝氏体硬化(lower barnitic hardening)方法处理的结果。
进一步讲，这种钢要采用轧制的方法进行成形。优选地，如果从钢管(tube)出发来制备滚动轴承部件的环圈(ring)，那么进行冷变形(colddeformation)处理，在此过程中，环圈本身也是从钢管以较少的机械切削操作而制得的。这意味着较少的材料损耗。已经发现，如果使用冷轧(cold rolling)，奥氏体的起始温度(start temperature)和终止温度(finishtemperature)会降低，也即：从铁素体向奥氏体的转化会在较低的温度下进行，而且在同样的温度时会更加彻底。贝氏体的转化时间优选至少为180分钟。除了降低轧制的、更具体为冷轧的奥氏体化温度外，马氏体的起始温度也降低了约30℃，大大低于250℃。一般来说，其显微组织(microstructure)显示出更精细的晶粒。贝氏体优选包括能够额外延长滚动轴承部件使用寿命的下贝氏体(lower barnite)，所述的滚动轴承部件是由该种钢所制备的。
当然，在变形处理时，也可以从其它的、作为钢管的物件出发。例如，可以是初级成形过程(车削、铣削)后的部件或环状物。冷成形(coldforming)包括轧制、锻压、成形等。
在与球形碳化物(spheroidal carbide)的交界处，铁素体的亚晶粒边界可能是奥氏体成核位(nuclination site)；与未经变形处理的、在同样条件下奥氏体化的1C-1.5Cr相比，这会使得奥氏体晶粒的尺寸细化。
优选使用相对较纯的钢，即氧含量最高为9ppm，硫含量最高为0.004wt.％，钛含量最高为15ppm，磷含量最高为0.015wt.％。
为了表明在制备滚动轴承圈时冷轧相对于热轧(hot rolling)的有益效果，本发明进行了对比试验。除了冷轧和热轧外，两种样品的热处理完全相同。试验表明，热轧的球形滚柱轴承(roller bearing)的L10相对寿命是52-157百万转，置信水平为106～95。
而在同样的试验条件下，冷轧圈的L10寿命超过294百万转。尽管对于本发明的保护范围不是必须的，但确实是由于铁素体基体的冷轧，而使位错形成了亚晶粒。而亚晶粒的形成导致了更精细的奥氏体。淬火在马氏体起始温度之上的温度开始。
上面所述的处理是提高碳含量通常较低的滚动轴承钢的滚动接触疲劳寿命的方法。这样的钢通常要进行渗碳处理或碳氮共渗处理，以将其表面硬度提高到足够的大小。在奥氏体化处理过程中，变形率(％deformation)对于所得到的奥氏体晶粒的大小有影响。相对较低的变形会形成晶粒粒径为几μm的较粗的材料。然而，如果进行相当的变形，例如超过30％、更具体超过60％，晶粒大小就会降低，明显低于2μm。
应该注意，本发明的保护范围不限于上面所述的实施方式，而是由所附的权利要求书所决定。

Claims (9)

1、一种制备滚动轴承钢的方法，包括：提供一铁素体的1C-1.5Cr型钢，该钢包含0.85-1.10wt.％的碳、0.005-0.6wt.％的硅、0.005-0.80wt.％的锰、1.25-2.05wt.％的铬、最高0.35wt.％的镍、最高0.36wt.％的钼，余量为铁和通常的杂质；使所述的钢奥氏体化，随后进行淬火，得到最终的贝氏体组织；其中，在进行奥氏体化处理之前，将所述的钢在铁素体状态下、低于700℃的温度下进行变形处理，至少变形30％。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述的变形包括冷变形。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述的奥氏体化温度在800～900℃之间。
4、如权利要求1所述的方法，其中，所述的淬火温度低于250℃。
5、如权利要求1所述的方法，其中，所述的淬火处理得到下贝氏体。
6、一种制备1C-1.5Cr型钢滚柱轴承圈的方法，所述的钢包含0.85-1.10wt.％的碳、0.005-0.6wt.％的硅、0.005-0.80wt.％的锰、1.25-2.05wt.％的铬、最高0.35wt.％的镍、最高0.36wt.％的钼，余量为铁和通常的杂质；其中，对铁素体基体组织的钢管在低于700℃的温度下进行冷轧，变形至少为30％；将所述的钢管分割成环圈；使所述的钢奥氏体化，随后进行淬火，得到贝氏体组织。
7、根据权利要求1-5之一所述方法制备的滚动轴承钢，其中，至少其表面包括贝氏体组织，而不包括马氏体组织。
8、用权利要求7所述的滚动轴承钢制备的滚动轴承部件。
9、如权利要求8所述的滚动轴承部件，其包括球形滚柱轴承部件。
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