EP0143905A1 - Steel for objects subject to high surface pressure, such as rolling mill bearings - Google Patents
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- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
Definitions
- Table 1 shows the analysis of the commercial rolling bearing steel 100 Cr 6.
- case-hardening, tempering, stainless and warm-hard steels are also used in the rolling bearing industry. This is about the development of new hardening steels that have a different chemical composition than that in DIN 17 230.
- the conventional hardening steels have a high carbon content of 0.9 to 1.05%.
- the chromium content of most hardening roller bearing steels is between 1.35 and 2.1%. Only the steel 100 Cr 2 has a chromium content of 0.4 to 0.6%.
- the silicon content of these steels is between 0.15 and 0.60%, the manganese content between 0.25 and 1.1% depending on the steel composition.
- Another low-alloy rolling bearing steel is steel 85 Cr 2, which has the following analysis: 0.84 - 0.95% C, 0.2 - 0.35% Si, 0.5 - 0.8% Mn, 0.25 - 0.40% Cr and 0.05-0.10% Mo.
- the invention relates to the development of rolling bearing steels which, with a low chromium and carbon content, have properties similar to the classic rolling bearing steel 100 Cr 6. It has surprisingly been found that the same properties are obtained by changing the silicon and manganese content and by adding vanadium can be achieved as with steel 100 Cr 6.
- the steel 100 Cr 6 has the disadvantage that, due to the comparatively higher carbon and chromium content, carbon segregations can occur which have a negative effect on the properties. There may also be increased precipitation of carbides on the grain boundaries (carbide network). Closed or loosened carbide lines in the structure are also possible. These disadvantages can be reduced by reducing the carbon and chromium contents.
- the new steels should have similar machining properties to the steel 100 Cr 6 after a comparatively shorter annealing time - in order to set a structure with molded carbides (GKZ annealing). Another important property for rolling bearing steels is the service life in the rollover test at high surface pressures.
- This steel composition differs significantly from the hardening steels in DIN 17230.
- the analysis of the steel specified in German Auslegeschrift 1961651 deviates in its silicon, manganese and chromium contents from that of the steel according to the invention.
- the steel 85 Cr 2 has a lower silicon content and also contains molybdenum. It is not alloyed with vanadium.
- the coordination of the silicon, manganese and vanadium contents of the steel is said to bring about a faster shaping of the carbides.
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Abstract
Description
Stähle, die wie Wälzlagerstähle einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind, müssen eine hohe Härte haben und beständig sein gegen Verschleiß. In Tafel 1 ist die Analyse des handelsüblichen Wälzlagerstahls 100 Cr 6 wiedergegeben. Neben den klassischen durchhärtenden Wälzlagerstählen, die in der Regel 0, 9 bis 1, 05 % C besitzen, werden auch Einsatz-, Vergütungs-, nichtrostende und warmharte Stähle in der Wälzlagerindustrie verwendet. Hier geht es um die Entwicklung von neuen durchhärtenden Stählen, die eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen als die in DIN 17 230.Steels that are exposed to high surface pressure like rolling bearing steels must be extremely hard and resistant to wear. Table 1 shows the analysis of the commercial rolling bearing
Die herkömmlichen durchhärtenden Stähle haben einen hohen Kohlenstoffgehalt von 0,9 bis 1,05 %. Der Chromgehalt der meisten durchhärtenden Wälzlagerstähle liegt zwischen 1,35 und 2,1 %. Lediglich der Stahl 100 Cr 2 weist einen Chromgehalt von 0,4 bis 0,6 % auf. Der Siliziumgehalt dieser Stähle beläuft sich auf Werte zwischen 0,15 bis 0,60 %, der Mangangehalt je nach Stahlzusammensetzung zwischen 0,25 und 1,1 %. Ein weiterer legierungsarmer Wälzlagerstahl ist der Stahl 85 Cr 2, der folgende Analyse hat: 0,84 - 0,95% C, 0,2 - 0,35% Si, 0,5 - 0,8% Mn, 0,25 - 0,40 % Cr und 0,05 - 0,10 % Mo.The conventional hardening steels have a high carbon content of 0.9 to 1.05%. The chromium content of most hardening roller bearing steels is between 1.35 and 2.1%. Only the
In der Auslegeschrift DE 1961651 wird ein Wälzlagerstahl mit hoher Zähigkeit beansprucht, der nachstehende Analyse aufweist: 0,6 - 0,9% C, 1,5 - 2,5 % Mn, 1,5 - 2,5% Si, 0,7 - 1,2 % Cr, 0 - 0,8 % Mo, 0 - 1 % W, 0 - 0,8% V, 0 - 0,5 % Nb und 0, - 0,5 % Ti.In the design specification DE 1961651, a bearing steel with high toughness is claimed, which has the following analysis: 0.6 - 0.9% C, 1.5 - 2.5% Mn, 1.5 - 2.5% Si, 0, 7 - 1.2% Cr, 0 - 0.8% Mo, 0 - 1% W, 0 - 0.8% V, 0 - 0.5% Nb and 0 - 0.5% Ti.
Die Erfindung betrifft die Entwicklung von Wälzlagerstählen, die bei niedrigem Chrom- und Kohlenstoffgehalt ähnliche Eigenschaften aufweisen wie der klassische Wälzlagerstahl 100 Cr 6. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die Veränderung des Silizium- und Mangangehaltes und durch die Zugabe von Vanadin gleiche Eigenschaften zu erzielen sind wie bei dem Stahl 100 Cr 6.The invention relates to the development of rolling bearing steels which, with a low chromium and carbon content, have properties similar to the classic rolling bearing
Der Stahl 100 Cr 6 hat den Nachteil, daß infolge des vergleichsweise höheren Kohlenstoff- und Chromgehaltes Kohlenstoffseigerungen auftreten können, die die Eigenschaften negativ beeinflussen. Ferner können verstärkt Ausscheidungen von Carbiden auf den Korngrenzen (Carbidnetz) vorliegen. Zudem sind auch geschlossene oder aufgelockerte Carbidzeilen im Gefüge möglich. Diese Nachteile können verringert werden durch eine Reduzierung der Kohlenstoff-und Chromgehalte. Neben diesen Gesichtspunkten sollten die neuen Stähle nach vergleichsweise kürzerer Glühdauer - zur Einstellung eines Gefüges mit eingeformten Carbiden (GKZ-Glühung) - ähnliche Bearbeitungseigenschaften aufweisen wie der Stahl 100 Cr 6. Eine weitere wichtige Eigenschaft für Wälzlagerstähle ist die Lebensdauer im Überrollversuch bei hohen Flächenpressungen.The
Zur Lösung dieser Aufgabe wurden Stähle mit folgender Analyse entwickelt:
- 0, 7 bis 0, 85 % Kohlenstoff
- 0, 55 bis 1,0 % Silizium
- 0, 55 bis 0,9 % Mangan
- 0, 2 bis 0, 55 % Chrom
- 0, 04 bis 0,15 % Vanadium
- Rest Eisen einschließlich der üblichen Begleitelemente.
Bevorzugte Stähle sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Steels with the following analysis were developed to solve this task:
- 0.7 to 0.85% carbon
- 0.55 to 1.0% silicon
- 0.55 to 0.9% manganese
- 0.2 to 0.55% chromium
- 0.04 to 0.15% vanadium
- Remainder iron including the usual accompanying elements.
Preferred steels are identified in the subclaims.
Diese Stahlzusammensetzung unterscheidet sich deutlich von den durchhärtenden Stählen in DIN 17230. Die Analyse des in der Deutschen Auslegeschrift 1961651 angegebenen Stahles weicht in seinen Silizium-, Mangan- und Chromgehälten von der des erfindungsgemäßen Stahles ab. Der Stahl 85 Cr 2 besitzt einen niedrigeren Siliziumgehalt und enthält zusätzlich Molybdän. Er ist nicht mit Vanadin legiert.This steel composition differs significantly from the hardening steels in DIN 17230. The analysis of the steel specified in German Auslegeschrift 1961651 deviates in its silicon, manganese and chromium contents from that of the steel according to the invention. The steel 85
Die Abstimmung der Silizium-, Mangan- und Vanadingehalte des Stahles soll eine schnellere Einformung der Carbide bewirken.The coordination of the silicon, manganese and vanadium contents of the steel is said to bring about a faster shaping of the carbides.
Anhand von nachstehenden Beispielen wird gezeigt, daß der erfindungsgemäße Stahl ähnliche Eigenschaften aufweist wie der Stahl 100 Cr 6:
- 1. Härtbarkeit, ermittelt im Stirnabschreckversuch nach DIN 50191 (Austenitisierung: 850°C)
- 2. Härte nach dem Härten und Entspannen (840°C/Öl + 200 °C/Luft) (Abmessung: 50 mmØ)
- 3. Gefügeäusbildung nach der GKZ+)-Glühung zeigt Fig. 1 für den erfindungsgemäßen Stahl (Glühdauer: 13 h) und Fig. 2 für den
bekannten Stahl 100 Cr 6 (Glühdauer: 19 h).- +) GKZ-Glühen auf kugeligem Zementit
- Für den erfindungsgemäßen Stahl wird nach kürzerer Glühdauer ein ähnliches Glühgefüge erzielt wie für den
Stahl 100 Cr 6. - Nachfolgende Zerspanungsversuche sind in diesem Glühgefügezustand durchgeführt worden.
- 4. Ergebnisse des Einstechverschleißversuches In Fig. 3 wird gezeigt, daß die Verschleißkennwerte für den erfindungsgemäßen Stahl und den
Stahl 100 Cr 6 etwa gleich liegen. - 5. Ergebnisse der Temperaturstandzeit-Versuche Hier sind ebenfalls keine Unterschiede zwischen den Ergebnissen für den
Stahl 100 Cr 6 und den erfindungsgemäßen Stahl festzustellen, wie Fig. 4 zeigt.
- 1. Hardenability, determined in a forehead quenching test according to DIN 50191 (austenitization: 850 ° C)
- 2.Hardness after hardening and relaxing (840 ° C / oil + 200 ° C / air) (dimension: 50 mmØ)
- 3. Structure formation after GKZ + ) annealing is shown in FIG. 1 for the steel according to the invention (annealing time: 13 h) and FIG. 2 for the known
steel 100 Cr 6 (annealing time: 19 h).- +) GKZ annealing on spherical cementite
- After a shorter annealing time, a similar annealing structure is achieved for the steel according to the invention as for the
steel 100Cr 6. - Subsequent machining tests have been carried out in this annealed state.
- 4. Results of the piercing wear test. FIG. 3 shows that the wear characteristics for the steel according to the invention and the
steel 100Cr 6 are approximately the same. - 5. Results of the temperature-life tests Here, too, there are no differences between the results for the
steel 100Cr 6 and the steel according to the invention, as shown in FIG. 4.
Nach kürzerer Glühdauer des erfindungsgemäßen Stahles können also ähnliche Zerspanungseigenschaften erzielt werden wir für den Stahl 100 Cr 6.After a shorter annealing time of the steel according to the invention, similar cutting properties can be achieved for the
Claims (1)
einschließlich der üblichen durch die metallurgischen Herstellungsverfahren bedingten Begleitelemente, der einer Glühbehandlung (GKZ-Glühung) zur Einformung der Karbide in der ferritischen Matrix unterworden wird, als Werkstoff für Gegenstände, die wie Wälzlager einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind.Use a steel with
including the usual accompanying elements due to the metallurgical manufacturing process, which is subjected to an annealing treatment (GKZ annealing) for forming the carbides in the ferritic matrix, as a material for objects which, like roller bearings, are exposed to high surface pressure.
Applications Claiming Priority (2)
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DE3335224 | 1983-09-29 | ||
DE19833335224 DE3335224A1 (en) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | STEEL FOR OBJECTS EXPOSED TO HIGH AREA PRESSURE LIKE ROLLER BEARINGS |
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