DE102015220299A1

DE102015220299A1 - Lagerstahl mit verbesserter Dauerhaltbarkeit und Verfahren zur Herstellung desselbigen

Info

Publication number: DE102015220299A1
Application number: DE102015220299.2A
Authority: DE
Inventors: Sung-Chul Cha; Si-Yup LEE; Young-Sang KO; Moon-Ki Bae; Seung-Hyun Hong
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-05-25
Also published as: JP2016098436A; US10060014B2; US20160145724A1; CN105624579A

Abstract

Ein Lagerstahl umfasst 1,0 bis 1,3 Gewichts-% Karbon; 0,9 bis 1,6 Gewichts-% Silizium; 0,5 bis 1,0 Gewichts-% Mangan; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Nickel; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Chrom; 0,2 bis 0,5 Gewichts-% Molybdän; 0,01 bis 0,06 Gewichts-% Aluminium; 0,01 bis 0,1 Gewichts-% Kupfer; zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe umfassend 0 bis 0,38 Gewichts-% Vanadium und 0 bis 0,02 Gewichts-% Niob, und einen Rest Eisen.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2014-163799 , die am 21. November 2014 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde, auf die hiermit in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Lagerstahl mit verbesserter Dauerhaltbarkeit und einem Verfahren zur Herstellung desselbigen, und sie betrifft einen Lagerstrahl aufweisend ein abgerundetes komplexes Karbid (engl. spheroidized complex carbid), um eine sehr gute Härte und Festigkeit und eine verbesserte Ermüdungslebensdauer und dergleichen zur Verfügung zu stellen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des abgerundeten komplexen Karbids.
STAND DER TECHNIK
In der Fahrzeugindustrie werden verschiedene umweltfreundliche Fahrzeuge mit der Zielsetzung des Verringerns des Ausstoßes von Kohlendioxid auf 95 g/km, welches eine Reduzierung von 27% im Vergleich zu einem derzeitigen Betrag ist, bis 2021 gemäß europäischen Richtlinien entwickelt. Ferner streben Fahrzeughersteller danach eine Technologie zu entwickeln, um eine Motorgröße zu verringern und um einen Kraftstoffverbrauch zu verbessern, um 23,2 km/l (54,5 Meilen/Gallone) zu erreichen, welches ein zu erfüllender Wert des durchschnittlichen Firmenkraftstoffverbrauchs (corporate average fuel economy; CAFE) in den USA ab 2025 ist.
Insbesondere wurden hochperformante und hocheffiziente Motortechnologien und Getriebe zum Maximieren der Kraftstoffersparnis von Fahrzeugen entwickelt und diese Technologie umfasst einen Anstieg der Anzahl an Gängen, ein neues Anfahrkonzept, ein hocheffektives Zweipumpensystem, eine Fusions-Hybridtechnologie, Technologien in Bezug auf ein automatisches/manuelles Fusions-Getriebe und ein Hybrid-Getriebe und dergleichen.
Speziell angepasste Stähle zur Verwendung in Getrieben werden eingesetzt in einer Trägerstruktur, einem Zahnrad, einem Zahnkranz, Wellen, einer Synchronnabe und dergleichen des Getriebes. Ein Verwendungsverhältnis des spezialisierten Stahls beträgt derzeit ungefähr 58 bis 62 Gewichts-% basierend auf dem Gesamtgewicht des Stahles. Beispielsweise gibt es bei einer Ritzelwelle, einem Nadellager, und bei einer zuggestützten Rollenschwinge eines Motorventils des Getriebes und dergleichen eine beständige Nachfrage betreffend die Entwicklung eines hochfesten und hochhaltbaren Materials aufgrund der Anforderungen des Reduzierens des Gewichtes und des Downsizings, wobei bisher SUJ2-Stahl aufweisend 1,5 Gewichts-% an Chrom (Cr) verwendet wurde.
Jedoch, aufgrund der erhöhten Schwere der Bedingungen aufgrund des Downsizings und aufgrund einer Größenreduzierung von Teilen, wie beispielsweise dem Lager und dergleichen wird die Haltbarkeit des Materials reduziert, welches einen Schaden an der Oberfläche erwirkt, und wenn es keine Schmierung gibt, steigt die Oberflächentemperatur an und die Härte reduziert sich bei einer hohen Temperatur und einer Belastung mit großen Drehzahlen.
Beispielsweise wird bei einem Lager, das dazu dient, um eine Welle an einer vorgegebenen Position zu befestigen, ein Gewicht der Welle und eine Last, die an die Welle angelegt wird, abgestützt und die die Welle wird rotiert, wodurch eine Last wiederholt gemäß einer Drehzahl angelegt wird. Um die wiederholt angelegte Last zu ertragen, wird eine Ermüdungsfestigkeit, Abnutzungsfestigkeit und dergleichen benötigt.
Im Allgemeinen wird ein Lagerstahl einer Stahlherstellung in einem Umformer oder einem elektrischen Ofen ausgesetzt, in einer Pfanne verfeinert, während eine stark reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, um einen Betrag an nichtmetallischen Einschlüssen zu reduzieren, in einem Zustand verfeinert, indem ein Sauerstoffanteil auf 12 ppm oder weniger durch einen Vakuumentgasungsprozess reduziert wurde, anschließend zu einer Bramme oder einem Stahlbarren durch einen Gießvorgang verfestigt, einer Rissdiffusionsbehandlung ausgesetzt, um einer Entmischung vorzubeugen und große Karbide zu entfernen, die an dem Zentrum des Materials vorhanden sind, und anschließend wird der Lagerstahl gerollt.
Anschließend wird eine intensiv langsame Kühlung durchgeführt, um das Material in einer Rollfabrik zu erweichen, um eine Lagerstahlstange oder Stangenmaterial herzustellen und aus der hergestellte Stange werden Lager durch die abrundende Wärmebehandlung, das Schmieden, das Abschrecken, das Temperieren und Schleifbehandlungen und dergleichen hergestellt.
Während des eben erwähnten Herstellungsprozesses wird ein abrundender Wärmebehandlungsprozess vorwiegend durch Diffusion bei hohen Temperaturen durchgeführt und kugelförmige Partikel werden durch einen ähnlichen Prozess gemäß einer Ostwald-Reifung zum Wachsen gebracht, um ein abgerundetes Gewebe (engl.: spheroidized tissue) auszubilden.
Jedoch, da der abrundende Prozess ein Prozess ist, der das Wachsenlassen der kugelförmigen Partikel erfordert, wird viel Zeit für das Abrunden aufgewandt und folglich steigen die Herstellkosten an. Es ist schwierig eine ausreichende Festigkeit und Haltbarkeit aufgrund eines Anstiegs der Härte des Lagers bedingt durch Downsizing, Größenreduzierung und dergleichen sicherzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde in einer Anstrengung gemacht, um ein Lagerstahl mit verbesserter Festigkeit, Haltbarkeitsdauer und dergleichen zur Verfügung zu stellen, indem auf effektive Weise ein abgerundetes, komplexes Karbid auf feine Weise in dem Lagerstahl ausgebildet wird, durch Einstellen einer Komponente und eines Anteils einer Legierung des Lagerstahls und durch Steuern einer Prozessbedingung.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Lagerstahl zur Verfügung, umfassend basierend auf einem Gesamtgewicht des Lagerstahls 1,0 bis 1,3 Gewichts-% Kohlenstoff; 0,9 bis 1,6 Gewichts-% Silizium, 0,5 bis 1,0 Gewichts-% Mangan; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Nickel; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Chrom; 0,2 bis 0,5 Gewichts-% Molybdän; 0,01 bis 0,06 Gewichts-% Aluminium; 0,01 bis 0,1 Gewichts-% Kupfer; zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe umfassend (bestehend aus) 0 bis 0,38 Gewichts-% Vanadium und 0 bis 0,02 Gewichts-% Niob; und einem Rest Eisen.
Das Lagerstahl kann höchstens 0,006 Gewichts-% Stickstoff, 0,001 Gewichts-% Sauerstoff, 0,03 Gewichts-% Phosphor und 0,01 Gewichts-% Schwefel aufweisen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerstahls kann die Schritte des primären Abrundens eines Walzdrahtes (engl.: wire rod) einer Legierung umfassend, basierend auf einem Gesamtgewicht des Lagerstahls, 1,0 bis 1,3 Gewichts-% Kohlenstoff; 0,9 bis 1,6 Gewichts-% Silizium, 0,5 bis 1,0 Gewichts-% Mangan; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Nickel; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Chrom; 0,2 bis 0,5 Gewichts-% Molybdän; 0,01 bis 0,06 Gewichts-% Aluminium; 0,01 bis 0,1 Gewichts-% Kupfer; zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe umfassend 0 bis 0,38 Gewichts-% Vanadium und 0 bis 0,02 Gewichts-% Niob; und einen Rest an Eisen bei 720 bis 850°C für 4 bis 8 Stunden; des Drahtziehens (engl.: wire-drawing) des primär abgerundeten Walzdrahts; des sekundären Abrundens des gezogenen Walzdrahts bei 720 bis 850°C für 4 bis 8 Stunden; des Schmiedens des sekundär abgerundeten Walzdrahts, um das Lagerstahl auszubilden; und des Abschreckens, des rapiden Kühlens und des Temperierens des Lagerstahls umfassen.
Der Schritt des Abschreckens kann bei 840 bis 860°C für 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt werden und das Temperieren wird bei 150 bis 190°C für 0,2 bis 2 Stunden durchgeführt.
Der Schritt des primären Abrundens des Walzdrahts kann das Abrunden von zumindest einem ausgewählten aus der Gruppe umfassend Me₃C, Me₇C₃, Me₂₃C₆, und MeC-Karbiden umfassen, wobei Me ein Metallion ist.
Me der Me₃C, Me₇C₃, und Me₂₃C₆-Karbide kann zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe umfassend Chrom, Eisen und Mangan sein.
Me der MeC-Karbide kann zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe aufweisend Chrom, Eisen, Vanadium, Niob und Molybdän sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisend die vorgenannte Zusammensetzung ist es möglich, eine Dickenreduzierung, eine Gewichtsreduzierung, einen Gestaltungsfreiheitsgrad und dergleichen von Fahrzeugen zu vereinfachen, die einen Lagerstahl verwenden, und eine sichere Reduzierung der Kosten und dergleichen durch feines Ausbilden eines komplexen Karbids und dergleichen kann bei dem Lagerstahl umgesetzt werden, um die Festigkeit, Härte, Ermüdungsdauer und dergleichen des Lagerstahls zu verbessern, und um die hohe Festigkeitserhöhung zu vereinfachen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Begriffe oder Wörter, die in der vorliegenden Offenbarung und den Ansprüchen verwendet werden, sollen nicht als einschränkend auf typische oder wörterbuchgemäße Bedeutungen ausgelegt werden, sondern sollten breit ausgelegt werden, um mit dem technischen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung einherzugehen, basierend auf dem Prinzip, dass ein Erfinder geeignet das Konzept der Begriffe festlegen kann, um seine/ihre Erfindung auf die beste Weise zu beschreiben.
Im Folgenden wird das vorliegende erfinderische Konzept im Detail beschrieben. Das vorliegende erfinderische Konzept betrifft ein Lagerstahl mit einer verbesserten Dauerhaltbarkeit, wie beispielsweise einer Ermüdungsfestigkeit und einer Ermüdungslebensdauer, welcher in Motoren und Getrieben von Fahrzeugen und dergleichen angewendet werden kann und ein Verfahren zur Herstellung desselbigen.
Das Lagerstahl gemäß dem vorliegenden erfinderischen Konzept kann Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Aluminium (Al) und Kupfer (Cu) umfassen und kann zusätzlich eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe umfassend (bestehend aus) Vanadium (V) und Niob (Nb) umfassen und umfasst zusätzlich Eisen (Fe) mit einem Restanteil, eine umvermeidbare Unreinheit und dergleichen. Hier kann die Unreinheit eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe umfassend Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Phosphor (P) und Schwefel (S) umfassen.
Beispielsweise, basierend auf dem Gesamtgewicht des Lagerstahls, kann der Anteil an Kohlenstoff (C) 1,0 bis 1,3 Gewichts-%, der Anteil an Silizium (Si) 0,9 bis 1,6 Gewichts-%, der Anteil an Mangan (Mn) 0,5 bis 1 Gewichts-%, der Anteil an Nickel (Ni) 1,5 bis 2,5 Gewichts-%, der Anteil an Chrom (Cr) 1,5 bis 2,5 Gewichts-%, der Anteil an Molybdän 0,2 bis 0,5 Gewichts-%, der Anteil an Aluminium 0,01 bis 0,06 Gewichts-%, der Anteil an Kupfer 0,01 bis 0,1 Gewichts-%, der Anteil an Vanadium (V) 0 bis 0,38 Gewichts-%, der Anteil an Niob (Nb) 0 bis 0,02 Gewichts-%, der Anteil an Stickstoff (N) der Unreinheit kann 0,006 Gewichts-% oder weniger, der Anteil an Sauerstoff (O) kann 0,001 Gewichts-% oder weniger, der Anteil an Phosphor (P) 0,03 Gewichts-% oder weniger und der Anteil an Schwefel kann 0,01 Gewichts-% oder weniger betragen.
Im Übrigen kann der Lagerstahl gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts das abgerundete, komplexe Karbid und dergleichen umfassen und ein Element, wie beispielsweise Vanadium (V) und Niob (Nb) ist ein Element, das verwendet werden kann, um das abgerundete, komplexe Karbid auszubilden.
In einer Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts stellt ein komplexes Karbid, umfassend Me₃C, Me₇C₃, und Me₂₃C₆-Karbide, und ein MeC-Karbid, Ausfällungen dar, die in dem Stahl vorhanden sein können. Das komplexe Karbid umfassend die soeben erwähnten Karbide dient dazu, die Festigkeit und dergleichen des Lagerstahls zu verbessern und um die Haltbarkeit und dergleichen zu verlängern.
Beispielsweise kann das Me der Me₃C, Me₇C₃, und Me₂₃C₆-Karbide ein ausgewähltes aus der Gruppe umfassend Chrom (Cr), Eisen (Fe), Mangan (Mn) und dergleichen sein und das Me des MeC-Karbids kann ein ausgewähltes aus der Gruppe umfassend Chrom (Cr), Eisen (Fe), Vanadium (V) und Niob (Nb), Molybdän (Mo) und dergleichen sein.
Ferner ist der Grund warum ein numerischer Wert von jedem Anteil begrenzt ist der folgende.
(1) 1.0 bis 1.3 Gewichts-% an Kohlenstoff (C)
Kohlenstoff (C) ist ein Element, das dazu dient, den Stahl zu stärken und um das verbleibende Austenit zu stabilisieren. Hier, in dem Fall, in dem der Anteil an Karbon (C) weniger als 1,0 Gewichts-% beträgt, wird der Stahl nicht ausreichend gestärkt und eine Reduzierung der Ermüdungsfestigkeit und dergleichen wird hervorgerufen. Jedoch gibt es Probleme dahingehend, dass in dem Fall, in dem der Anteil an Kohlenstoff (C) mehr als 1,3 Gewichts-% beträgt, das verbleibende, nicht aufgelöste Karbid die Ermüdungsfestigkeit, Haltbarkeit und dergleichen reduziert und die Verarbeitbarkeit vor dem Abschrecken und dergleichen reduzieren kann und folglich wird der Anteil an Kohlenstoff (C) auf 1,0 bis 1,3 Gewichts-% beschränkt.
(2) 0,9 bis 1,6 Gewichts-% an Silizium (si)
Silizium ist ein Element, welches als Desoxidierer dient und den Stahl durch einen Verfestigungseffekt einer stabilen Lösung verfestigt und das die Aktivität des Kohlenstoffs (C) verbessert. Wenn der Anteil an Silizium (Si) weniger als 0,9 Gewichts-% beträgt, wird Sauerstoff nicht ausreichend entfernt und verbleibt in dem Stahl und folglich wird die Festigkeit des Stahls reduziert und es ist schwierig, einen Festigungseffekt der stabilen Lösung darzustellen. Jedoch, wenn der Anteil an Silizium (Si) mehr als 1,6 Gewichts-% beträgt, kann eine Entkarbonisierung durch eine gegenseitige Durchdringungsreaktion in einem Gewebe auftreten, wie beispielsweise örtliche Wettbewerbsreaktion mit Karbon (C) durch den übermäßigen Anteil an Silizium (Si), und die Verarbeitbarkeit wird auch reduziert aufgrund eines Anstiegs der Härte vor dem Abschrecken und folglich kann der Anteil an Silizium (Si) auf 0,9 bis 1,6 Gewichts-% begrenzt sein.
(3) 0,5 bis 1,0 Gewichts-% an Mangan (Mn)
Mangan (Mn) ist ein Element, das dazu dient, um eine Abschreckungseigenschaft zu verbessern und um die Festigkeit des Stahls zu verbessern und folglich eine Rollermüdungslebensdauerfestigkeitseigenschaft und dergleichen zu verbessern. Wenn der Anteil an Mangan (Mn) weniger als 0,5 Gewichts-% beträgt, ist es schwierig, eine ausreichende Abschreckungseigenschaft sicherzustellen und folglich kann die Verarbeitbarkeit verschlechtert sein. Jedoch, wenn der Anteil an Mangan (Mn) mehr als 1,0 Gewichts-% beträgt, da die Verarbeitbarkeit vor dem Abschrecken reduziert ist und MnS die zentrale Trennung reduziert und sich die Ermüdungslebensdauer herabsetzt, kann der Anteil an Mangan (Mn) auf 0,5 bis 1,0 Gewichts-% begrenzt werden.
(4) 1,5 bis 2,5 Gewichts-% an Nickel (Ni)
Nickel (Ni) ist ein Element, das dazu dient um Kristallkörnchen des Stahls zu verkleinern, um die Verfestigung der stabilen Lösung zu verbessern, um die Matrixverfestigung, die Festigkeit bei niedrigen Temperaturen, die Aushärtbarkeit und dergleichen zu verbessern, um eine Temperatur eines A1-Umwandlungspunktes zu reduzieren, um die Vergrößerung eines Austenitgewebes zu begünstigten und um die Aktivität von Kohlenstoff und dergleichen zu verbessern. Wenn der Anteil an Nickel (Ni) weniger als 1,5 Gewichts-% beträgt, ist es schwierig, einen ausreichenden Effekt der Mikronisierung der Kristallkörnchen zu erhalten und es ist schwierig einen ausreichenden Verbesserungseffekt, wie beispielsweise das Verfestigen der stabilen Lösung und die Matrixverfestigung zu erhalten. Jedoch, wenn der Anteil an Nickel (Ni) mehr als 2,5 Gewichts-% beträgt, da Rotbruch und dergleichen in dem Stahl auftreten können, kann der Anteil an Nickel (Ni) auf 1,5 bis 2,5 Gewichts-% begrenzt werden.
(5) 1,5 bis 2,5 Gewichts-% an Chrom (Cr)
Chrom (Cr) ist ein Element, das dazu dient, um eine Abschreckeigenschaft des Stahls zu verbessern, eine Aushärtbarkeit zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig ein Gewebe des Stahls zu mikronisieren und abzurunden. Wenn der Anteil an Chrom (Cr) weniger als 1.5 Gewichts-% beträgt, kann die Abschreckeigenschaft und Aushärtbarkeit begrenzt sein und eine ausreichende Mikronisierung und Abrundung des Gewebes kann nicht erhalten werden. Jedoch, wenn der Anteil an Chrom (Cr) mehr als 2,5 Gewichts-% beträgt, werden unzureichende Anstiege des Effekts bei einem Anstieg des Anteils beobachtet, jedoch gibt es erhöhte Herstellungskosten. Daher wird der Anteil an Chrom (Cr) auf 1,5 bis 2,5 Gewichts-% beschränkt.
(6) 0,2 bis 0,5 Gewichts-% an Molybdän (Mo)
Molybdän (Mo) ist ein Element, das dazu dient, um die Ermüdungsfestigkeit des Stahls durch Erhöhen der Abschreckungseigenschaften oder der Festigkeit des Stahls nach dem Temperieren zu verbessern. Wenn der Anteil an Molybdän (Mo) weniger als 0,2 Gewichts-% beträgt, wird die Ermüdungslebensdauer des Stahls nicht ausreichend verbessert und wenn der Anteil an Molybdän (Mo) mehr als 0,5 Gewichts-% beträgt, kann die Verarbeitbarkeit und Herstellbarkeit des Stahls und dergleichen reduziert sein. Der Anteil an Molybdän (Mo) kann auf 0,2 bis 0,5 Gewichts-% beschränkt werden.
(7) 0,01 bis 0,06 Gewichts-% an Aluminium (Al)
Aluminium (Al) ist ein Element, das als ein starker Desoxidierer dient und dazu dient, um die Sauberkeit des Stahls zu verbessern und das mit Stickstoff (N) in dem Stahl reagieren kann, um Nitrid auszubilden und folglich die Kristallkörnchen zu mikronisieren. Wenn der Anteil an Aluminium (Al) weniger als 0,01 Gewichts-% beträgt ist es schwierig einen ausreichenden Effekt in Bezug auf den Desoxidierer, die Sauberkeit und die Mikronisierung der Kristallkörnchen zu erhalten. Jedoch, wenn der Anteil an Aluminium (Al) mehr als 0,06 Gewichts-% beträgt, werden grobe Sauerstoffeinschlüsse und dergleichen ausgebildet, die die Ermüdungslebensdauer des Stahls und dergleichen reduzieren. Der Anteil an Aluminium (Al) kann daher auf 0,01 bis 0,06 Gewichts-% beschränkt werden.
(8) 0,01 bis 0,1 Gewichts-% an Kupfer (Cu)
Kuper (Cu) ist ein Element, das dazu dient, um die Aushärtbarkeit des Stahls und dergleichen zu verbessern. Wenn der Anteil an Kupfer (Cu) weniger als 0,01 Gewichts-% beträgt, kann ein Effekt der ausreichenden Aushärtbarkeitsverbesserung nicht erhalten werden und wenn der Anteil an Kupfer (Cu) mehr als 0,1 Gewichts-% beträgt, wird eine Löslichkeitsgrenze überschritten, sodass ein Effekt der Festigkeitsverbesserung des Stahls gesättigt ist, um Herstellungskosten zu erhöhen und um Rotbruch hervorzurufen. Der Anteil an Kupfer (Cu) kann auf 0,01 bis 0,1 Gewichts-% begrenzt werden.
(9) 0 bis 0,38 Gewichts-% an Vanadium (V)
Vanadium (V) ist ein Element, das dazu dient, um Niederschläge/Ausfällungen, wie beispielsweise das Karbid und dergleichen, auszubilden, um ein Matrixgewebe durch einen Ausfällungsverstärkungseffekt zu verstärken, um die Festigkeit und Abnutzungswiderstandfähigkeit zu verbessern und um Kristallkörnchen zu mikronisieren und um eine hohe Verfestigung bei ungefähr gleichen Kühlungsrate wie bei SUJ2 zu ermöglichen. Wenn der Anteil an Vanadium (V) mehr als 0,38 Gewichts-% beträgt, kann die Zähigkeit und Härte des Stahls reduziert sein. Der Anteil an Vanadium (V) kann auf 0 bis 0,38 Gewichts-% beschränkt werden.
(10) 0 bis 0,02 Gewichts-% an Niob (Nb)
Niob (Nb) ist ein Element, welches mit Karbon und Stickstoff bei hohen Temperaturen kombiniert wird, um dazu zu dienen, ein Karbid bzw. ein Nitrid auszubilden und um eine Festigkeit und Niedrigtemperaturzähigkeit des Stahls zu verbessern. Wenn der Anteil an Niob (Nb) mehr als 0,02 Gewichts-% beträgt, ist eine Verbesserungsrate der Festigkeit und der Niedrigtemperaturzähigkeit des Stahls niedrig im Vergleich zu dem erhöhten Anteil, sodass Herstellungskosten exzessiv steigen im Vergleich zu einem Effekt, der erhalten werden kann, und Niob (Nb) existiert in einem stabilen Lösungszustand im Ferrit und eine Schlagfestigkeit wird reduziert. Der Anteil an Niob (Nb) kann auf 0 bis 0,02 Gewichts-% begrenzt werden.
(11) 0,006 Gewichts-% oder weniger an Stickstoff (N)
Stickstoff ist eine Unreinheit, die mit Aluminium (Al) reagiert um AlN auszubilden und reduziert folglich die Haltbarkeit des Stahls und dergleichen, sodass der Anteil an Stickstoff (N) auf 0,006 Gewichts-% oder weniger beschränkt werden kann.
(12) 0,001 Gewichts-% oder weniger an Sauerstoff (O)
Sauerstoff (O) ist eine Unreinheit, die die Sauberkeit des Stahls reduziert und die den Stahl durch Kontaktermüdung verschlechtert, sodass der Anteil an Sauerstoff (O) auf 0,001 Gewichts-% oder weniger begrenzt wird.
(13) 0,03 Gewichts-% oder weniger an Phosphor (P)
Phosphor (P) ist eine Unreinheit, die eine Trennung der Kristallkörnchengrenze erwirkt, um die Festigkeit des Stahls zu reduzieren, daher wird der Anteil an Phosphor (P) auf 0,03 Gewichts-% oder weniger beschränkt.
(14) 0,01 Gewichts-% oder weniger an Schwefel (S)
Schwefel (S) erhöht die maschinelle Bearbeitbarkeit des Stahls, um die Verarbeitung einfach zu machen, jedoch reduziert Schwefel (S) auch die Zähigkeit des Stahls durch Körnchengrenzentrennung und reagiert mit Mangan (Mn), um MnS auszubilden und um folglich die Ermüdungslebensdauer des Stahls zu reduzieren. Der Anteil an Schwefel (S) kann auf 0,01 Gewichts-% oder weniger beschränkt werden.
Das Lagerstahl mit verbesserter Dauerhaltbarkeit gemäß dem vorliegenden erfinderischen Konzept kann bei Fahrzeugen und dergleichen angewendet werden und das Lagerstahl kann in Motoren und Getrieben von Fahrzeugen und dergleichen angewendet werden.
Im Folgenden wird ein weiterer Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerstahls mit verbesserter Dauerhaltbarkeit vorgestellt.
Das Verfahren zur Herstellung des Lagerstahls mit verbesserter Dauerhaltbarkeit gemäß dem vorliegenden erfinderischen Konzept umfasst einen ersten Schritt der primären abrundenden Wärmebehandlung eines Walzdrahts einer Legierung umfassend, basierend auf einem Gesamtgewicht des Lagerstahls, 1,0 bis 1,3 Gewichts-% Kohlenstoff; 0,9 bis 1,6 Gewichts-% Silizium, 0,5 bis 1,0 Gewichts-% Mangan; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Nickel; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Chrom; 0,2 bis 0,5 Gewichts-% Molybdän; 0,01 bis 0,06 Gewichts-% Aluminium; 0,01 bis 0,1 Gewichts-% Kupfer; umfasst zusätzlich eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe umfassend (bestehend aus) 0 bis 0,38 Gewichts-% an Vanadium (V) und 0 bis 0,02 Gewichts-% an Niob und zusätzlich einen Rest Eisen (Fe), eine unvermeidbare Unreinheit und dergleichen bei einer Temperatur von ungefähr 720 bis 850°C für ungefähr 4 bis 8 Stunden, um ein komplexes Karbid abzurunden. Der primär abgerundete wärmebehandelte Walzdraht wird in einem zweiten Schritt gezogen (Drahtziehen). In einem dritten Schritt wird der gezogene Walzdraht einer sekundären, abrundenden Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 720 bis 850°C für ungefähr 4 bis 8 Stunden ausgesetzt, um das komplexe Karbid abzurunden. Der sekundär abgerundete, wärmebehandelte Walzdraht wird in einem vierten Schritt geschmiedet, um das Lagerstahl auszubilden, und der Lagerstahl wird in einem fünften Schritt abgeschreckt, rapide gekühlt und temperiert und dergleichen.
In dem Verfahren zur Herstellung des Lagerstahls wird ein komplexes Karbid ausgebildet und abgerundet und das komplexe Karbid umfasst Me₃C, Me₇C₃, und Me₂₃C₆-Karbide und MeC-Karbide, die einen Niederschlag/Ausfällung und dergleichen darstellen. Das komplexe Karbid umfassend die vorgenannten Karbide dient dazu, um die Festigkeit des Lagerstahls und dergleichen zu verbessern, und um die Haltbarkeitsdauer und dergleichen zu verlängern.
Hier kann das Me der Me₃C und Me₇C₃-Karbide und das Me₂₃C₆-Karbid ein ausgewähltes aus der Gruppe aufweisend Chrom (Cr), Eisen (Fe), Mangan (Mn) und dergleichen sein und das Me des MeC-Karbids kann ein ausgewähltes aus der Gruppe aufweisend Chrom (Cr), Eisen (Fe), Vanadium (V), Niob (Nb), Molybdän (Mo) und dergleichen sein.
Indes kann das Abschrecken in dem fünften Schritt des Herstellungsverfahrens bei einer Temperatur von ungefähr 840 bis 860°C für ungefähr 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt werden und das Temperieren kann bei einer Temperatur von ungefähr 150 bis 190°C für ungefähr 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt werden.
In dem Fall, in dem die Abschreckungstemperatur weniger als ungefähr 840°C beträgt oder die Abschreckungszeitdauer weniger als ungefähr 0,5 Stunden beträgt, da das abgeschreckte Gewebe nicht gleichmäßig ist, kann eine Materialabweichung auftreten, und in dem Fall, in dem die Abschreckungstemperatur mehr als 860°C beträgt oder die Abschreckungszeitdauer mehr als 2 Stunden beträgt, kann das abgerundete, komplexe Karbid, das durch eine primäre und sekundäre abrundende Wärmebehandlung ausgebildet wurde, sich auflösen.
In dem Fall, in dem die Temperierungstemperatur weniger als ungefähr 150°C oder die Temperierungszeitdauer weniger als 0,5h beträgt, da es schwierig ist, die physikalischen Eigenschaften wie Zähigkeit des Lagerstahls sicherzustellen, und in dem Fall, in dem die Temperierungstemperatur mehr als ungefähr 190°C beträgt oder die Temperierungszeitdauer mehr als ungefähr 2 Stunden beträgt, da die Härte des Lagerstahls und dergleichen sich rapide reduzieren, kann es schwierig sein, die Haltbarkeit zu verbessern.
Indes, in dem Fall, in dem die primäre, abrundende Wärmebehandlungstemperatur des ersten Schritts und die sekundäre, abrundende Wärmebehandlungstemperatur des dritten Schritts jeweils weniger als ungefähr 720°C oder in dem Fall, in dem die abrundende Wärmebehandlungszeitdauer weniger als ungefähr 4 Stunden beträgt, wird viel Abrundungszeitdauer für das komplexe Karbid benötigt und folglich können Herstellungskosten rapide ansteigen.
Auf der anderen Seite, in dem Fall, in dem die primäre und sekundäre abrundende Wärmebehandlungstemperatur mehr als ungefähr 850°C beträgen, da das ausgebildete, komplexe Karbid aufgelöst ist, steigt eine Möglichkeit des Ausbildens eines lamellenartigen, komplexen Karbids während eines Abkühlungsprozesses anstatt eines abgerundeten, komplexen Karbids signifikant an.
In dem Fall, in dem die primären und sekundären, abrundenden Wärmebehandlungszeitdauern mehr als ungefähr 8 Stunden betragen, kann eine Abrundungsrate des komplexen Karbids abnehmen, um rapide die Herstellungskosten ansteigen zu lassen.
[Beispiele]
Im Folgenden wird das vorliegende erfinderische Konzept detaillierter durch die Beispiele beschrieben. Diese Beispiele dienen nur zum Darstellen des vorliegenden erfinderischen Konzepts und es ist für den Fachmann einfach ersichtlich, dass der Schutzumfang des vorliegenden erfinderischen Konzepts nicht interpretiert werden kann, um durch diese Beispiele eingeschränkt zu werden.

Um die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise Härte und Haltbarkeitslebensdauer des Lagerstahls, das gemäß dem vorliegenden erfinderischen Konzept hergestellt wurde, zu überprüfen, wurden Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und Beispiele 1 bis 3 mit den Komponenten wie in der folgenden Tabelle 1 beschrieben, hergestellt. [Tabelle 1]

Klassizifierungs	Vgl.-Bsp. 1	Vgl.-Bsp. 2	Vgl.-Bsp. 3	Vgl.-Bsp. 4	Bsp. 1	Bsp. 2	Bsp. 3
C	1.00	1.35	1.28	1.02	1.21	1.01	1.28
Si	0.27	1.41	1.03	0.98	1.04	1.43	1.02
Mn	0.38	0.72	0.69	0.82	0.61	0.71	0.67
P	0.012	0.013	0.012	0.011	0.012	0.011	0.012
S	0.005	0.004	0.005	0.004	0.005	0.005	0.004
Cu	0.05	0.053	0.045	0.042	0.047	0.05	0.043
Ni	0.05	1.83	1.59	1.62	1.57	1.81	2.15
Cr	1.46	1.53	1.59	1.63	1.56	1.73	2.23
Mo	0.02	0.26	0.24	0.29	0.23	0.25	0.28
Al	0.017	0.025	0.027	0.017	0.023	0.014	0.016
N	0.0035	0.0052	0.0049	0.0042	0.0053	0.0051	0.0052
O	0.0006	0.0004	0.0003	0.0006	0.0005	0.0004	0.0004
V	-	-	0.42	-	-	0.27	0.19
Nb	-	-	-	0.03	0.018	0.013	-
Fe	Rest	Rest	Rest	Rest	Rest	Rest	Rest
Einheit: Gewichts-%

In den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 und den Beispielen 1 bis 3 der Tabelle 1 wurde während des Herstellungsprozesses die primäre, abrundende Wärmebehandlungstemperatur auf ungefähr 800°C eingestellt, die sekundäre, abrundende Wärmebehandlungstemperatur wurde auf ungefähr 720°C eingestellt, die Abschrecktemperatur und Zeit wurde auf ungefähr 850°C bzw. 1 Stunde eingestellt, und die Temperierungstemperatur und die Temperierungszeitdauer wurden auf ungefähr 150°C bzw. 1 Stunde eingestellt.
Vergleichsbeispiele 1 bis 4 weisen nicht auf eines oder mehrere aus Vanadium (V) und Niob (Nb), oder sogar obwohl eines oder mehrere umfasst waren, überschritt der Anteil an Vanadium (V) oder Niob (Nb) den Anteilsbereich des vorliegenden erfinderischen Konzepts (d.h., den Bereich in dem Vanadium (V) oder Niob (Nb) auftreten durften).
Im Gegensatz umfassten die Beispiele 1 bis 3 eines oder mehrere aus Vanadium (V) und Niob (Nb) und der Anteil davon erfüllte die zulässigen Anteilsbereiche des vorliegenden erfinderischen Konzepts.

Wie oben beschrieben wurde, um den Unterschied zwischen den physikalischen Eigenschaften der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und der Beispiele 1 bis 3 aufweisend unterschiedliche Anteile und Inhalte zu überprüfen, wurden die physikalischen Eigenschaften verglichen und in der folgenden Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]

Klassifizierung	Härte bei Raumtemperatur (HV)	Härte bei 300°C (HV)	Umdrehungsanzahl des Rotationsbiegeermüdungstestgerät bei 150°C/6.2 GPa Oberflächendruck (L10 Leben, Anzahl)	Haltbarkeits vergleich (%)
Vergleichsbeispiel 1	720	698	8,400,000	100
Vergleichsbeispiel 2	760	744	9,200,000	110
Vergleichsbeispiel 3	770	752	8,600,000	102
Vergleichsbeispiel 4	780	758	8,800,000	105
Beispiel 1	820	803	16,968,000	202
Beispiel 2	840	823	18,069,000	215
Beispiel 3	830	816	17,573,000	209

Tabelle 2 ist eine Tabelle, in der eine Härte bei Raumtemperatur, eine Härte bei 300°C, die Umdrehungsanzahl des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes im Hinblick auf das L10-Leben bei dem Oberflächendruckzustand von 6,2 GPa bei 150°C und die Haltbarkeit in Anbetracht dieser Härten und der Anzahl an Rotationen der Vergleichsbeispiele und der Beispiele verglichen werden.
Hier, in dem Fall der Härte wurde das KS B 0811-Messungsverfahren verwendend das Mikro-Vickers-Härtetestgerät verwendet. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, konnte beobachtet werden, dass die Härte bei Raumtemperatur von ca. 25°C um ungefähr 10 % größer war in den Beispielen 1 bis 3 als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 und die Härte in dem erwärmten Zustand auf 300°C ebenfalls um ungefähr 10% in den Beispielen 1 bis 3 höher war als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4.
Die Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes wurde bei 150°C gemessen und das L10-Leben des Standardleitungsdurchmessers von 4 mm wurde mit dem KS B ISO 1143-Messverfahren gemessen, indem das Rotationsbiegeermüdungstestgerät verwendet wurde. Das L10-Leben ist die Einstufung der Ermüdungslebensdauer der Probe und bedeutet, die gesamte Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes bis 10% der Probe beschädigt sind.
In diesem Fall konnte beobachtet werden, dass in dem Fall der Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes in Bezug auf das L10-Leben bei dem Oberflächendruckzustand von 6,2 GPa bei 150°C der durchschnittliche Wert der Beispiele 1 bis 3 17.536.667-Male betrug und ungefähr zweimal höher als 8.750.000-Male war, welches der durchschnittliche Wert der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 war.
Um die Haltbarkeitslebensdauer der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und der Beispiele 1 bis 3 basierend auf der Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes zu vergleichen, wurde 8.400.000-Mal, welches die Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes im Vergleichsbeispiel 1 war, als der Standardwert des Haltbarkeitslebens mit 100% gesetzt und basierend auf der Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes im Vergleichsbeispiel 1 als dem Standard wurde der Anstieg oder die Verringerung zwischen der Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 und der Beispiele 1 bis 3 in Prozentwerten dargestellt.
Das heißt, der Prozentwert zum Vergleichen der Haltbarkeitsdauer der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und der Beispiele 1 bis 3 ist ein Wert, der den Grad des relativen Anstieges und der relativen Verringerung der Anzahl an Rotationen des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes der übrigen Vergleichsbeispiele 2 bis 4 und der Beispiele 1 bis 3 basierend auf dem Vergleichsbeispiel 1 darstellt.
Hier, durch Vergleich der Haltbarkeit der Vergleichsbeispiele und der Beispiele konnte beobachtet werden, dass ähnlich wie die Rotationsanzahl des Rotationsbiegeermüdungstestgerätes die Haltbarkeit der Beispiele 1 bis 3 ungefähr zweimal höher als die Haltbarkeit der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 war.
Daher konnte experimentell bestätigt werden, dass die Beispiele 1 bis 3 die Komponenten und den Bereich an Inhaltsstoffen gemäß dem vorliegenden erfinderischen Konzept erfüllen und hergestellt durch die Wärmebehandlung gemäß dem vorliegenden erfinderischen Konzept verschiede komplexe Karbide und dergleichen umfassen und folglich die Festigkeit und die Haltbarkeit aufwiesen, die besser sind als die der Vergleichsbeispiele 1 bis 4.
Wie oben beschrieben wurde, wurde die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch dienen diese Ausführungsformen nur dem Zwecke der Darstellung und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die beschrieben wurden, können verändert oder modifiziert werden durch den Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen und verschiede Veränderungen und Modifikationen sind möglich innerhalb des technischen Geistes der vorliegenden Erfindung und dem äquivalenten Schutzumfang der Ansprüche, welche im Folgenden beschrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2014-163799 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

KS B ISO 1143-Messverfahren [0062]

Claims

Lagerstahl, umfassend: basierend auf einem Gesamtgewicht des Lagerstahls, 1,0 bis 1,3 Gewichts-% Karbon; 0,9 bis 1,6 Gewichts-% Silizium; 0,5 bis 1,0 Gewichts-% Mangan; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Nickel; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Chrom; 0,2 bis 0,5 Gewichts-% Molybdän; 0,01 bis 0,06 Gewichts-% Aluminium; 0,01 bis 0,1 Gewichts-% Kupfer; 0 bis 0,38 Gewichts-% Vanadium und/oder 0 bis 0,02 Gewichts-% Niob; und einen Rest Eisen.
Lagerstahl nach Anspruch 1, bei dem der Lagerstahl höchstens 0,006 Gewichts-% Stickstoff, 0,001 Gewichts-% Sauerstoff, 0,03 Gewichts-% Phosphor und 0,01 Gewichts-% Schwefel aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Lagerstahls umfassend die Schritte: primäres Abrunden eines Walzdrahtes einer Legierung, umfassend: basierend auf einem Gesamtgewicht des Lagerstahls, 1,0 bis 1,3 Gewichts-% Karbon; 0,9 bis 1,6 Gewichts-% Silizium; 0,5 bis 1,0 Gewichts-% Mangan; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Nickel; 1,5 bis 2,5 Gewichts-% Chrom; 0,2 bis 0,5 Gewichts-% Molybdän; 0,01 bis 0,06 Gewichts-% Aluminium; 0,01 bis 0,1 Gewichts-% Kupfer; 0 bis 0,38 Gewichts-% Vanadium und/oder 0 bis 0,02 Gewichts-% Niob; und einen Rest an Eisen bei 720 bis 850°C für 4 bis 8 Stunden; Ziehen des primär abgerundeten Walzdrahts; sekundäres Abrunden des gezogenen Walzdrahts bei 720 bis 850°C für 4 bis 8 Stunden; Schmieden des sekundär abgerundeten Walzdrahts, um den Lagerstahl auszubilden; und Abschrecken, rapides Kühlen und Temperieren des Lagerstahls.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt des Abschreckens bei ungefähr 840 bis 860°C für 0,5 bis 2 Stunden durchgeführt wird und das Temperieren bei 150 bis 190°C für 0,2 bis 2 Stunden durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Schritt des primären Abrundens eines Walzdrahts das Abrunden von zumindest einem ausgewählten aus der Gruppe Me₃C, Me₇C₃, Me₂₃C₆, und MeC-Karbide umfasst, wobei Me ein Metallion ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Me der Me₃C, Me₇C₃, und Me₂₃C₆-Karbide zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe aufweisend Chrom, Eisen und Mangan ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Me des MeC-Karbids zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe aufweisend Chrom, Eisen, Vanadium, Niob und Molybdän ist.