CN114086076B - 一种高碳铬轴承钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，该高碳铬轴承钢按重量百分比计，C 0.95‑1.05，Si 0.15‑0.30，Mn 0.2‑0.33，P≤0.015，S≤0.010，Cr 1.60‑1.90，Mo 0.50‑0.90，Nb 0.003‑0.008，余量为铁和不可避免的杂质，其经过高炉炼铁、铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼以及RH精炼和连铸，进一步提高了高碳铬轴承钢的接触疲劳寿命，L₁₀可以达到5.0×10⁷次以上。

Description

一种高碳铬轴承钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及轴承钢制造技术领域，尤其涉及一种高碳铬轴承钢及其制备方法。

背景技术

轴承钢是制造轴承的主要材料，需要具有超高的纯净度、严格控制的夹杂物类型、尺寸、 数量与分布等冶金质量和高的硬度、适当的韧性、较高的耐磨性和抗接触疲劳性能，满足滚动轴承对寿命和可靠性要求。因此轴承钢品质最高，性能要求苛刻，而且量大面广，其种类繁多，被称为特钢之王。按照轴承钢的化学成分及使用需求，轴承钢可分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、中碳轴承钢、高温轴承钢和无磁轴承钢等五大类型。

GCr15是最经典的轴承钢牌号，已有百年历史，目前仍然是轴承钢中乃至特殊钢中产量最大的单一钢种，占到轴承钢总量的85%以上。GCr15作为通用轴承钢，适用于150℃以下环境使用的各类轴承部件。

高碳铬轴承钢GCr15广泛应用于各类机械装备用滚动轴承的内外套圈及滚动体等零部件中，其冶金质量和热处理后性能的优劣，直接决定轴承乃至主机的使用性能、寿命及可靠性等。随着高端制造业的发展，包括高速精密机床主轴轴承、风力发电机主轴轴承、高速铁路轴箱轴承等均要求超长的使用寿命和高的可靠性，这就要求所用的高碳铬轴承钢要具有10⁷次以上的超长接触疲劳寿命。

近百年以来，高碳铬轴承钢GCr15的化学成分没有大的变化，而接触疲劳寿命提高了100倍以上，这与轴承钢冶炼技术的发展息息相关，氧含量的降低，非金属夹杂物数量和尺寸的减少，使轴承钢的疲劳寿命大幅提高。

虽然国内高碳铬轴承钢的纯净度控制水平已经达到或超过了西方发达国家，但是接触疲劳寿命与西方发达国家还存在差距，如何进一步提高高碳铬轴承钢的接触疲劳寿命是国内研究者长期关注的问题。。

发明内容

本发明的目的是进一步提高高碳铬轴承钢接触疲劳寿命，为了实现所述目的，发明人对现有GCr15钢种成分进行了调整，并对其制备方法进行了相应改进，具体方案如下：

一种高碳铬轴承钢，按重量百分比计，C 0.95-1.05，Si 0.15-0.30，Mn 0.2-0.33，P≤0.015，S≤0.010，Cr 1.60-1.90，Mo 0.50-0.90，Nb 0.003-0.008，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步，按重量百分比计，C 1.00-1.05，Si 0.15-0.20，Mn 0.3-0.33，P≤0.008，S≤0.005，Cr 1.70-1.85，Mo 0.65-0.75，Nb 0.004-0.007，余量为铁和不可避免的杂质。

研究发现，Mo可以细化晶粒、增强耐磨性、提高韧性和淬透性，研究发现，当Mo含量在0.5-0.9%时，可以共同提高耐磨性和强韧性。

Nb可以细化晶粒并提高组织均匀性，还可以改善钢中碳化物分布，提高轴承钢的强韧性，研究发现，当Nb含量在0.003-0.008%时，轴承钢的强韧性表现最好。

更进一步的，当Mo含量在0.65-0.75%，Nb含量在0.004-0.007%时，高碳铬轴承钢的耐磨性和强韧性的效果最佳，可以取得更优的接触疲劳性能。

上述高碳铬轴承钢的制备方法，包括以下步骤：

（1）高炉炼铁；

（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；

（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢加入铝粒、高碳铬铁和锰铁进行脱氧合金化处理；

（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后加入铌铁、钼铁进行合金化处理，Nb、Mo含量按照上限控制，满足要求后结束LF精炼工艺；

（5）RH精炼；

（6）连铸。

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

本发明从引起国内外高碳铬轴承钢接触疲劳寿命差距的原因出发，对现有GCr15钢种成分进行了调整，并对其制备方法进行了相应改进，获得了更好的接触疲劳性能；当Mo含量在0.65-0.75%，Nb含量在0.004-0.007%时，高碳铬轴承钢的耐磨性和强韧性的效果最佳，可以取得更优的接触疲劳寿命，L₁₀可以达到5.0×10⁷次以上。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。

本发明所述的高碳铬轴承钢，按重量百分比计，C 0.95-1.05，Si 0.15-0.30，Mn0.2-0.33，P≤0.015，S≤0.010，Cr 1.60-1.90，Mo 0.50-0.90，Nb 0.003-0.008，余量为铁和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：（1）高炉炼铁；（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢加入铝粒、高碳铬铁和锰铁进行脱氧合金化处理；（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后加入铌铁、钼铁进行合金化处理，Nb、Mo含量按照上限控制，满足要求后结束LF精炼工艺；（5）RH精炼；（6）连铸。

下面参考具体实施例对本发明进行更进一步的描述。下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

实施例1-3

实施例1-3采用如下工艺制备高碳铬轴承钢，具体包括以下步骤：（1）高炉炼铁；（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出控制S含量；（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢控制P含量，出钢加入铝粒、高碳铬铁和锰铁进行脱氧合金化处理；（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后加入铌铁、钼铁进行合金化处理，Nb、Mo含量按照上限控制，满足要求后结束LF精炼工艺；（5）RH精炼；（6）连铸。制备得到的高碳铬轴承钢成分如表1中的实施例1-3所示；

对比例1-3

对比例1-3采用与实施例1-3基本相同的制备工艺生产高碳铬轴承钢，不同之处在于：

对比例1与实施例1的区别在于进行铌铁合金化，未进行钼铁合金化；

对比例2与实施例1的区别在于进行钼铁合金化，未进行铌铁合金化；

对比例3为现有技术中未进行铌铁和钼铁合金化制备的高碳铬轴承钢。

对比例1-3制备得到的高碳铬轴承钢成分如表1中的对比例1-3所示。

对实施例1-3以及对比例1-3制备得到的高碳铬轴承钢进行性能测试，测试结果如下表所示，经过铌铁和钼铁合金化之后的高碳铬轴承钢的接触疲劳寿命L₁₀为现有技术的5倍左右，仅进行铌铁或钼铁合金化后的高碳铬轴承钢的接触疲劳寿命L₁₀仅为现有技术的不到2倍，可见，经过铌铁和钼铁合金化之后的高碳铬轴承钢取得了更好的接触疲劳性能。

本发明的具体实施例、对比例及其性能如下表所示（各组成元素单位为wt%，接触疲劳寿命L₁₀单位为10⁷次）

表1 各实施例高碳铬轴承钢的成分和性能测试结果

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种高碳铬轴承钢，其特征在于，按重量百分比计，其组成为C 1.00-1.05，Si 0.15-0.20，Mn 0.3-0.33，P≤0.008，S≤0.005，Cr 1.70-1.85，Mo 0.65-0.75，Nb 0.004-0.007，余量为铁和不可避免的杂质，其接触疲劳寿命L₁₀≥5.4×10⁷次；

所述高碳铬轴承钢的制备方法，包括以下步骤：

（1）高炉炼铁；

（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；

（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢加入铝粒、高碳铬铁和锰铁进行脱氧合金化处理；

（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后加入铌铁、钼铁进行合金化处理，Nb、Mo含量按照上限控制，满足要求后结束LF精炼工艺；

（5）RH精炼；

（6）连铸。

2.如权利要求1所述的高碳铬轴承钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）高炉炼铁；

（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；

（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢加入铝粒、高碳铬铁和锰铁进行脱氧合金化处理；

（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后加入铌铁、钼铁进行合金化处理，Nb、Mo含量按照上限控制，满足要求后结束LF精炼工艺；

（5）RH精炼；

（6）连铸。