NL1011807C2 - Machine steel and part of a rolling bearing. - Google Patents

Description

VV

Machinestaal en onderdeel van een wentellager.Machine steel and part of a rolling bearing.

De uitvinding heeft betrekking op een constructiestaal omvattende een staal van het 1C-1,5 Cr kogellagerstaalsoort met: 5 - 0,9-1,0 gew.%C, - 0,15-0,40 gew.%Si, - 0,25-0,80 gew.%Mn, - 1,30-1,95 gew.%Cr, - 0,15 gew.%Ni max en 10 - 0,35 gew.%MO max.The invention relates to a construction steel comprising a steel of the 1C-1.5 Cr ball bearing steel type with: 5 - 0.9 - 1.0 wt.% C, - 0.15 - 0.40 wt.% Si, - 0 25-0.80 wt.% Mn, - 1.30-1.95 wt.% Cr, - 0.15 wt.% Ni max and 10 - 0.35 wt.% MO max.

Een dergelijk staal is bekend uit “Zwischenstufenumwandlung von Waizlagerstahlen van F. Hengerer et al. in Haerterei - Technische Mitteilungen”. Daarin wordt het ontstaan van een bainietstructuur beschreven.Such a sample is known from "Zwischenstufenumwandlung von Waizlagerstahlen of F. Hengerer et al. In Haerterei - Technische Mitteilungen". It describes the emergence of a bainite structure.

In het algemeen worden staalsoorten met bovengenoemde samenstelling, 15 bijvoorbeeld gebruikt voor het vervaardigen van wentellageronderdelen. Opgemerkt moet worden dat de uitvinding niet tot de productie van een onderdeel van een wentellager beperkt is. Staal volgens de uitvinding kan evengoed voor andere toepassingen gebruikt worden zoals delen van een continu variabele transmissie waarbij rollen ten opzichte van schijven bewegen.In general, steels with the above composition, for example, are used for the manufacture of rolling bearing parts. It should be noted that the invention is not limited to the production of a rolling element bearing. Steel according to the invention can also be used for other applications, such as parts of a continuously variable transmission in which rollers move relative to discs.

20 In het algemeen zal via een warmtebehandeling het oppervlak van een onderdeel vervaardigd uit het bovenstaande machinestaal martensitisch zijn. Dit is verhoudingsgewijs hard en heeft goede sterkte-eigenschappen. De taaiheid van het martensiet is echter verhoudingsgewijs gering. Om dit probleem te vermijden wordt in de stand der techniek voorgesteld uit te gaan van een staal met lage koolstofaandeel en 25 een carboneer/carbonitreerbehandeling te gebruiken om het oppervlak te verrijken om voldoend hard oppervlakmartensiet te verkrijgen. Vanwege het lagere koolstofaandeel van de kern, zal de kem van het betreffende onderdeel veel taaier zijn.Generally, through a heat treatment, the surface of a part made from the above machine steel will be martensitic. This is relatively hard and has good strength properties. However, the toughness of the martensite is relatively low. To avoid this problem, it is proposed in the prior art to start from a low carbon steel and to use a carbonation / carbonitre treatment to enrich the surface to obtain sufficiently hard surface martensite. Due to the lower carbon content of the core, the core of the affected part will be much tougher.

Deze werkwijze is verhoudingsgewijs kostbaar en tijdrovend vanwege de carboneer/carboniteerbehandeling.This method is relatively expensive and time consuming because of the carbonation / carbonitating treatment.

30 Het is het doel van de uitvinding in een machinestaal te voorzien waaruit onderdelen van wentellagers vervaardigd kunnen worden met een veel taaiere structuur zonder dat de hardheid teveel vermindert.The object of the invention is to provide a machine steel from which roller bearing parts can be manufactured with a much tougher structure without the hardness decreasing too much.

1011807 21011807 2

Volgens de uitvinding wordt dit verwezenlijkt doordat ten minste 0,05 gew.% Mo aanwezig is, de structuur van het staal ultrafijn bainiet omvat alsmede de structuur volgens fig. 5. Gebleken is dat ultrafijn bainiet een aanzienlijk verbeterde taaiheid geèft terwijl de hardheid van het oppervlak voldoende is voor de meeste 5 wentellagertoepassingen. De lengte van het fijne plaatvormige carbide is bij voorkeur ongeveer 250 nm en breedte is ongeveer 80 nm. Bij voorkeur is dit georiënteerd met 50-65 graden en meer in het bijzonder 55-60 graden ten opzichte van het ferristische raster.According to the invention this is achieved in that at least 0.05 wt.% Mo is present, the structure of the steel comprises ultrafine bainite as well as the structure according to Fig. 5. It has been found that ultrafine bainite gives a considerably improved toughness while the hardness of the surface is sufficient for most 5 rolling bearing applications. The length of the fine plate carbide is preferably about 250 nm and width is about 80 nm. Preferably it is oriented by 50-65 degrees and more particularly 55-60 degrees with respect to the ferristic grating.

Het constructiestaal volgens de uitvinding kan met enigerlei in de techniek 10 bekende wijze vervaardigd worden. Bij voorkeur moet het uitgangsstaal verhoudingsgewijs zuiver zijn dat wil zeggen een aanzienlijke interne zuiverheid betracht worden. Een dergelijk staal dat zich in de ferritische matrixtoestand bevindt kan bijvoorbeeld maximaal 9 dpm zuurstof, 0,04 gew.% zwavel, 15 dpm titaan en 0,015 gew.% fosfor omvatten. Uitgaande van een dergelijk staalsoort is gebleken dat 15 via koude deformatie, dat wil zeggen tijdens de productie van ringen uit een buisvormling de austenietstart- en austenietfinjshtemperatuur verlaagd zullen worden. Dit heeft eveneens betrekking op de martensietstantemperatuur. Om het zeer fijne bainiet te verkrijgen wordt afschrikken bij een enigszins boven de martensieWttemperatuur verwezen. Bijvoorbeeld wordt tot 250°C afgeschrikte en het werkstuk op deze 20 temperatuur gehouden.The structural steel according to the invention can be manufactured in any manner known in the art. Preferably, the starting steel should be relatively pure, that is to say a considerable internal purity. For example, such a steel in the ferritic matrix state may comprise up to 9 ppm oxygen, 0.04 wt% sulfur, 15 ppm titanium, and 0.015 wt% phosphorus. Starting from such a steel grade, it has been found that the austenite starting and austenite fin temperature will be lowered via cold deformation, that is to say during the production of rings from a tubular molding. This also relates to the martensite stand temperature. In order to obtain the very fine bainite, quenching is referred to at a temperature slightly above the martial temperature. For example, quenching up to 250 ° C and keeping the workpiece at this temperature.

De onderbainitische omzetting in doorhardende staalsoorten met verhoudingsgewijs hoog koolstofaandeel is een diffusie gestuurde transformatie binnen het ferriet na transformatie van de austenietfase. Hoe lager de temperatuur van de omzetting hoe langer de tijd voor de omzetting en hoe fijner het product van de 25 omzetting en hoe hoger de oppervlaktehardheid. Door het gebruik van koude deformatie in de ferritische fase, kan de omzettemperatuur naar onderbainiet verlaagd worden. De typische temperatuur waarbij de omzetting begint is ongeveer 250°C en de typische tijdsduur is ongeveer 180 minuten. Dit wordt verder verduidelijking in fig. 1, waarin een typisch verband tussen tijd en temperatuur voor de omzetting naar 30 onderbainiet in een 1 C-l ,5 Cr type staal weergegeven wordt.The underbainitic conversion to hardened steels with a relatively high carbon content is a diffusion-controlled transformation within the ferrite after transformation of the austenite phase. The lower the temperature of the conversion, the longer the time for the conversion and the finer the product of the conversion and the higher the surface hardness. By using cold deformation in the ferritic phase, the conversion temperature to lower bainite can be lowered. The typical temperature at which the conversion begins is about 250 ° C and the typical duration is about 180 minutes. This is further elucidated in Fig. 1, showing a typical relationship between time and temperature for conversion to lower bainite in a 1 C-1.5 Cr type steel.

De omzetting naar onderbainiet vindt plaats in het ferriet, maar voordat dit plaats kan vinden, moet het ferriet uit austeniet ontstaan en dit is een met afschuiving opgewekte omzetting. Het afscheiden van Iegeringselementen, oorspronkelijk in vaste 1011807 t 3 \ oplossing in het austeniet, naar het overblijvende niet omgezette restausteniet zal een vergrote afschuifsterkte tot gevolg hebben. Deze toegenomen afschuifsterkte zal een aanzienlijkere mate van onderkoeling vereisen om de afschuifomzetting van austeniet naar ferriet te initiëren.The conversion to lower bainite takes place in the ferrite, but before this can take place the ferrite must be formed from austenite and this is a shear-induced conversion. Separation of alloying elements, originally in solid austenite 1011807 solution, into the remaining unreacted residual austenite will result in increased shear strength. This increased shear strength will require a greater degree of hypothermia to initiate shear conversion from austenite to ferrite.

S Uit de literatuur is het bekend dat de stadia waarin de onderbainietomzetting verwezenlijkt kan worden als volgt onderscheiden kan worden (zie fig. 2a-d), met vier stappen: a. De vorming van een ferriet “geraamte” om de austenietkorrel waarbij de lengte daarom afhankelijk is van de korrelgrootte van het austeniet.S It is known from the literature that the stages at which the underbainite conversion can be accomplished can be distinguished as follows (see fig. 2a-d), with four steps: a. The formation of a ferrite "framework" around the austenite grain with the length therefore depends on the grain size of the austenite.

10 b. Secundaire kernvorming van ferrietplaatjes, in het algemeen georiënteerd aan een zijde van het “geraamte” met een hoek van 55-60 graden ten opzichte van het ferriet “geraamte” gevormd in stap a.10 b. Secondary core formation of ferrite platelets, generally oriented on one side of the "frame" at an angle of 55-60 degrees to the ferrite "frame" formed in step a.

c. De precipitatie van carbiden bij het scheidingsvlak ferriet-austeniet waardoor spleten in de aangrenzende secundaire ferrietplaatjes ontstaan. Hoe hoger de 15 temperatuur hoe grover de carbiden.c. The precipitation of carbides at the ferrite-austenite interface creating gaps in the adjacent secondary ferrite platelets. The higher the temperature, the coarser the carbides.

d. Tijdens de transformatie worden de spleten gevuld door groei van ferriet en verdere carbideprecipitatie waardoor de onderbainitische microstructuur ontstaat. Fig. 3 vergelijkt de relatieve taaiheid ten opzichte van de slagproefsnelheid voor zowel martensiet (stippellijn) als bainiet (doorgetrokken lijn). Fig. 5 is een foto 20 van de uiteindelijke verkregen ultrafijne bainietstructuur. Deze foto toont ultrafijn bainiet in een 52100 staalsoort. Dit is een transmissie-elektronmicroscoopfoto die onder de volgende omstandigheden vervaardigd is: de microstructuur wordt beschreven door het elektrisch verdunnen van het warmte behandeld staal om een zogenaamde folie te maken dat transparant voor de elektronbundel is in de TEM.d. During the transformation, the gaps are filled by ferrite growth and further carbide precipitation, creating the underbainitic microstructure. Fig. 3 compares the relative toughness to the impact test speed for both martensite (dotted line) and bainite (solid line). Fig. 5 is a photograph 20 of the final ultra-fine bainite structure obtained. This photo shows ultra-fine bainite in a 52100 steel grade. This is a transmission electron microscope photo taken under the following conditions: the microstructure is described by electrically thinning the heat-treated steel to make a so-called foil that is transparent to the electron beam in the TEM.

25 Door het op passende wijze weergeven van het beeld kan de ultrafijne structuur van de onderbainitische structuur opgelost worden. Fig. 4 toont de relatieve slagtaaiheid voor martensiet (doorgetrokken lijn) bainiet alsmede bainiet volgens de uitvinding dat wil zeggen met molybdeen gelegeerd.By displaying the image appropriately, the ultra-fine structure of the lower bainitic structure can be resolved. Fig. 4 shows the relative impact toughness for martensite (solid line) bainite as well as bainite according to the invention, i.e. alloyed with molybdenum.

Zoals hierboven aangegeven is het staal volgens de uitvinding in het 30 bijzonder nuttig bij de productie van ringen van tonlagers maar heeft andere toepassingen. Afhankelijk van de toepassing van de samenstelling van het staal aangepast worden binnen het in de onafhankelijke conclusie gegeven bereik.As indicated above, the steel according to the invention is particularly useful in the production of spherical roller bearing rings but has other applications. Depending on the application of the steel composition, be adjusted within the range given in the independent claim.

1011 8071011 807

Claims (7)

1. Machinestraal omvattende een staal van het 1 C-1,5 Cr type met: - 0,9-1,0 gew.% C, - 0,15-0,40 gew.% Si, - 0,25-0,80 gew.% Mn, 1,30-1,95 gew.% Cr, 10 - 0,25 gew.% Ni max. en - 0,35 gew.% Mo max. met het kenmerk, dat tenminste 0,05 gew.% Mo aanwezig is, waarbij de structuur van het staal ultrafijn bainiet en de structuur volgens fig. 5 omvat.Machine beam comprising a 1 C-1.5 Cr type steel with: - 0.9-1.0 wt.% C, - 0.15-0.40 wt.% Si, - 0.25-0 80 wt.% Mn, 1.30-1.95 wt.% Cr, 10 - 0.25 wt.% Ni max. And - 0.35 wt.% Mo max. Characterized in that at least 0.05 wt% Mo is present, the structure of the steel comprising ultrafine bainite and the structure of Fig. 5. 2. Machinestaal volgens conclusie 1, met een carbidelengte van ongeveer 250 nm.The machine steel according to claim 1, having a carbide length of about 250 nm. 3. Machinestaal volgens een van de voorgaande conclusies met een breedte van de carbide van maximaal ongeveer 80 nm. 20Machine steel according to any of the preceding claims with a carbide width of up to about 80 nm. 20 4. Machinestaal volgens een van de voorgaande conclusies met carbiden ongeveer 50-65 graden gericht ten opzichte van de variërende hoofdafschuifvlakken.Machine steel according to any of the preceding claims with carbides oriented about 50-65 degrees relative to the varying main shear surfaces. 5. Onderdeel van een wentellager omvattende het machinestaal volgens een van 25 de voorgaande conclusies, waarbij het oppervlak ultrafijn bainiet omvat.Part of a rolling bearing comprising the machine steel according to any one of the preceding claims, wherein the surface comprises ultra-fine bainite. 6. Onderdeel van een wentellager volgens conclusie 5, omvattende een wentellagerring.Part of a rolling bearing according to claim 5, comprising a rolling bearing ring. 7. Onderdeel van een wentellager volgens conclusie 6, waarbij die ring deel uitmaakt van een tonnenlager. 1011807Part of a rolling bearing according to claim 6, wherein said ring forms part of a barrel bearing. 1011807