一種滲碳軸承鋼及其制備方法
【專利說明】
[0001]技術領域本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種軸承鋼及其制備方法。
[0002]【背景技術】軸承是在機械設備中的關鍵基礎零部件，其服役條件是十分復雜和嚴峻的，要求軸承不僅要具有優良的耐磨性，同時還要具有高的抗滾動接觸疲勞性能。而對于重型機械設備如乳鋼機械、礦山挖掘機、大型風力發電機等用軸承，其服役過程中還受到較大的沖擊負荷，因此除要求表面具有高耐磨性、抗接觸疲勞性能外，還要求心部具有一定的韌性和足夠的強度和硬度，因此選用滲碳軸承鋼制造。
[0003]傳統最常用的滲碳軸承鋼為G20Cr2Ni4A鋼，該鋼經過二次淬火和回火處理后獲得馬氏體組織，因此具有高硬度、優異的耐磨性和滾動接觸疲勞性能，同時心部具有高的韌性。然而，G20Cr2Ni4A鋼中高的Ni含量，使得軸承的制造成本較高。我國的標準GB/T3203-1982滲碳軸承鋼技術條件和JB/T8881-2001滾動軸承零件滲碳熱處理技術條件中，還有 G20CrMo，G20CrNiMo, G20CrNi2Mo, G10CrNi3Mo, G20Cr2Mn2Mo 等滲碳軸承鋼，標準中規定這些滲碳鋼的最終熱處理工藝均為二次淬火和回火處理，最后得到馬氏體軸承。
[0004]近年來，新型滲碳軸承鋼在不斷發展，如專利ZL201110156392.7公開了一種超長接觸疲勞壽命的高強韌滲碳軸承鋼及制備方法，其軸承鋼的化學成分為c:0.16?0.24、Si 芻 0.1、Μη 芻 0.1、Cr:0.3 ?1.5、N1:1.50 ?4.50、Mo:0.3 ?1.5、Nb:0.02 ?0.10、V:0.3%?0.9，通過結合超純凈冶煉和晶粒細化控制技術提高材料性能，最終的熱處理工藝為油淬加低溫回火處理。專利CN102653843A公開了一種滲碳軸承鋼，其主要化學成分為C:0.10 ?0.16、S1:0.15 ?0.40、Μη:0.40 ?0.90、Cr:1.3 ?1.8、N1:3.10 ?3.80、Mo:0.02?0.09、A1:0.015?0.04。專利CN104694847A公開了一種含Ni滲碳軸承鋼，其最終熱處理工藝為淬火溫度800-900°C，回火溫度150-170°C。這些滲碳軸承鋼最終的熱處理工藝均采用了二次淬火和回火處理，最終軸承也為馬氏體組織。表層的高碳馬氏體組織硬度尚，但初性很低，提尚軸承表層的初性也有利于提尚軸承的使用壽命。
[0005]
【發明內容】
本發明的目的在于提供一種能夠保證軸承鋼表面硬度的同時提高表層韌性的適合于制造大型風電軸承、乳機軸承等大型重載機械裝備用滲碳軸承鋼及其制備方法。本發明主要是降低了貴重金屬元素Ni的含量，同時通過在軸承鋼原材料中加入Si合金元素抑制碳化物析出，采取低溫等溫轉變獲得具有高強韌性的低溫貝氏體組織，隨后采取深冷處理，降低殘余奧氏體量，保證軸承服役過程中的尺寸穩定性，從而提高軸承的服役壽命ο
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]本發明的滲碳軸承鋼是一種表面為低溫貝氏體、馬氏體組成的復合組織、心部為低碳馬氏體組織的軸承鋼，它的化學成分質量百分比為:c 0.20?0.25、Si 1.20?1.50、Μη 0.20 ?0.40、Cr 1.35?1.75、Ni 2.20 ?2.60、Mo 0.25 ?0.35、S € 0.010、P € 0.015、0^ 0.0008、Ti蘭0.003、H蘭0.00015，其余為Fe和正常雜質。
[0008]上述滲碳軸承鋼的制造方法:
[0009](1)采用轉爐冶煉鋼水，將鋼水經過爐外精煉和真空脫氣處理，采用惰性氣體保護澆注獲得高純凈度鑄錠，隨后進行熱加工和冷加工成毛坯軸承；
[0010](2)對步驟(1)加工后的毛坯軸承表面進行常規滲碳處理，滲碳后表面碳含量為
0.85-1.05wt.% ；
[0011](3)對步驟(2)滲碳后的毛坯軸承進行球化退火處理，加熱溫度為620-680°C，保溫4-8小時，隨后空冷至室溫；
[0012](4)將步驟(3)軸承加熱到650-700 °C保溫l_2h后，繼續加熱至840-860 °C保溫0.5-lh，然后進行等溫淬火，等溫溫度為Ms<s + (30?60) °C，等溫時間4-8h，隨后放入-120°C?_170°C的低溫箱中保溫l_2h，進行深冷處理，最后在150-200°C保溫l_2h后空冷至室溫。
[0013]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0014](1)原材料中高的Si含量可以有效地抑制貝氏體相變過程中碳化物析出，獲得高強韌性的低溫貝氏體組織，同時高的Si含量還可以提高材料的淬透性，使得該滲碳軸承鋼適合于制造大型軸承；
[0015](2)軸承表面的具有更高的殘余壓應力，提高軸承的滾動抗接觸疲勞壽命；
[0016](3)軸承的殘余奧氏體含量低，保證了軸承服役過程中的尺寸穩定性。
[0017]說明書附圖
[0018]圖1是本發明實施例1制得的滲碳軸承鋼表層的電鏡圖。
[0019]圖2是本發明實施例1制得的滲碳軸承鋼表層的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]采用轉爐冶煉鋼水，將鋼水經過爐外精煉和真空脫氣處理，采用惰性氣體保護澆注獲得高純凈度鑄錠，鋼的化學成分(wt.% )為:C 0.23，Μη 0.28，Si 1.47，Ni 2.53，Cr
1.43, Mo 0.32,0 0.00056, P 0.0ILS 0.008, H 0.00004、Ti 0.0022 其余為 Fe。將鋼錠進行熱塑性加工、退火、熱碾環加工、冷加工成毛坯軸承；對上述毛坯軸承進行滲碳處理，滲碳后軸承表面的碳含量為0.92wt.%，MS<S為142°C，將軸承加熱至650°C保溫6h后空冷至室溫，隨后再次加熱至680°C保溫1.5h后繼續加熱至850°C進行奧氏體化處理，保溫40min后放入200°C鹽浴中進行等溫淬火，等溫時間4h，隨后放入到-150°C的低溫箱內保溫1.5h，最后在180°C回火lh。處理后軸承表面組織如圖1和圖2所示，圖1中黑色針狀為低溫貝氏體組織，白色球狀為碳化物，淺顏色位置為馬氏體組織，圖2中可以看到貝氏體板條和孿晶馬氏體組織，以及保留碳化物。表層硬度為HRC60.5，距表層12.5mm位置的強度為1376MPa，沖擊韌性aku為122J/cm2，硬度為HRC38。
[0022]實施例2
[0023]采用轉爐冶煉鋼水，將鋼水經過爐外精煉和真空脫氣處理，采用惰性氣體保護澆注獲得高純凈度鑄錠，鋼的化學成分(wt.% )為:C 0.20，Μη 0.35，Si 1.34，Ni 2.26，Cr1.57，Mo 0.28，0 0.00063，P 0.010，S 0.005，H 0.00002、Ti 0.0021 其余為 Fe。將鋼錠進行熱塑性加工、退火、熱碾環加工、冷加工成毛坯軸承；對上述毛坯軸承進行滲碳處理，滲碳后軸承表面的碳含量為0.85wt.%，MS<S為152°C，將軸承加熱至630°C保溫8h后空冷至室溫，隨后再次加熱至660°C保溫2h后繼續加熱至840°C進行奧氏體化處理，保溫lh后放入185°C鹽浴中進行等溫淬火，等溫時間8h，隨后放入到-130°C的低溫箱內保溫lh，最后在200°C回火lh。處理后軸承表面的組織結構與實施例1類似，表層硬度HRC60，距表層12.5mm位置的強度為1435MPa，沖擊韌性aku為95J/cm 2，硬度為HRC41。
[0024]實施例3
[0025]采用轉爐冶煉鋼水，將鋼水經過爐外精煉和真空脫氣處理，采用惰性氣體保護澆注獲得高純凈度鑄錠，鋼的化學成分(wt.% )為:C 0.25，Μη 0.26，Si 1.43，Ni 2.60，Cr1.39，Mo 0.33，0 0.00065，P 0.010，S 0.008，H0.00002、Ti 0.0019 其余為 Fe。將鋼錠進行熱塑性加工、退火、熱碾環加工、冷加工成毛坯軸承；對上述毛坯軸承進行滲碳處理，滲碳后軸承表面的碳含量為1.03wt.%，MS<S為148°C，將軸承加熱至670°C保溫4h后空冷至室溫，隨后再次加熱至700°C保溫lh后繼續加熱至860°C進行奧氏體化處理，保溫0.5h后放入190°C鹽浴中進行等溫淬火，等溫時間6h，隨后放入到_160°C的低溫箱內保溫2h，最后在160°C回火2h。處理后軸承表面的組織結構與實施例1類似，表層硬度HRC62，距表層12.5mm位置的強度為1426MPa，沖擊韌性aku為108J/cm2，硬度為HRC40.5。
【主權項】
1.一種滲碳軸承鋼，其特征在于:它是一種表面為低溫貝氏體、馬氏體組成的復合組織、心部為低碳馬氏體組織的軸承鋼，它的化學成分質量百分比為:c 0.20?0.25、S1.20 ?1.50、Μn 0.20 ?0.40、Cr 1.35 ?1.75、Ni 2.20 ?2.60、Mo 0.25 ?0.35、S ≤ 0.010、P≤ 0.015、0 ≤ 0.0008、Ti ≤ 0.003、H ≤ 0.00015，其余為 Fe 和正常雜質。2.權利要求1所述的滲碳軸承鋼的制備方法，其特征在于: (1)采用轉爐冶煉鋼水，將鋼水經過爐外精煉和真空脫氣處理，采用惰性氣體保護澆注獲得高純凈度鑄錠，隨后進行熱加工和冷加工成毛坯軸承； (2)對步驟(1)加工后的毛坯軸承表面進行常規滲碳處理，滲碳后表面碳含量為.0.85-1.05wt.% ； (3)對步驟(2)滲碳后的毛坯軸承進行球化退火處理，加熱溫度為620-680°C，保溫4-8小時，隨后空冷至室溫； (4)將步驟(3)軸承加熱到650-700°C保溫l_2h后，繼續加熱至840-860 °C保溫.0.5-lh，然后進行等溫淬火，等溫溫度為Ms<s + (30?60) °C，等溫時間4-8h，隨后放入-120°C?_170°C的低溫箱中保溫l_2h，進行深冷處理，最后在150-200°C保溫l_2h后空冷至室溫。
【專利摘要】一種滲碳軸承鋼，是一種表面為低溫貝氏體、馬氏體組成的復合組織、心部為低碳馬氏體組織的軸承鋼，它的化學成分質量百分比為：C？0.20～0.25、Si？1.20～1.50、Mn？0.20～0.40、Cr？1.35～1.75、Ni？2.20～2.60、Mo？0.25～0.35、S≤0.010、P≤0.015、O≤0.0008、Ti≤0.003、H≤0.00015，其余為Fe和正常雜質。上述滲碳軸承鋼的制造方法是加工后的毛坯軸承表面進行常規滲碳處理，滲碳后表面碳含量為0.85-1.05wt.％，然后進行球化退火處理，最后進行最終熱處理：加熱到840-860℃奧氏體化，然后進行等溫淬火，等溫溫度Ms表層+(30～60)℃，隨后經深冷處理和150-200℃回火處理。本發明能夠保證軸承鋼表面硬度的同時提高表層韌性，適合于制造大型風電軸承、軋機軸承等大型重載機械裝備。
【IPC分類】C21D1/32, C21D6/04, C21D1/20, C22C38/44, C22C38/50, C23C8/22
【公開號】CN105239017
【申請號】CN201510675542
【發明人】楊志南, 張福成, 王艷輝, 張明
【申請人】燕山大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月19日