RU2115757C1 - Bearing steel - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy, more particularly of bearing components which operate in aggressive media. SUBSTANCE: bearing steel comprises, wt.%: carbon, 0.01-0.05; manganese, 0.03-1.0; chromium, 11.0-13.0; nickel, 7.5-9.5; molybdenum, 1.5-2.5; silicon, 2.5-3.5; 0 cerium, 0.05-0.1; zirconium, 0.005-0.10; calcium, 0.005-0.10; and iron, the balance. EFFECT: high transverse ductility of the claimed steel. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей подшипников, которые работают при воздействии агрессивных сред. The invention relates to the field of metallurgy and can be used in the manufacture of parts of bearings that operate when exposed to aggressive environments.

Предлагаемая сталь относится к коррозионностойким сталям аустенито-мартенситного (переходного) класса. The proposed steel belongs to the corrosion-resistant steels of austenitic-martensitic (transitional) class.

Известна подшипниковая сталь с повышенными свойствами коррозионной стойкости и окалиностойкости (авт. св. СССР N 933785 кл. C 22 C 38/28, 1982). Known bearing steel with enhanced properties of corrosion resistance and scale resistance (ed. St. USSR N 933785 class. C 22 C 38/28, 1982).

Недостатком такой известной стали является относительно низкие характеристики пластичности в процессе ее деформирования при высоких температурах. The disadvantage of such a known steel is the relatively low plasticity characteristics during its deformation at high temperatures.

Известна также сталь подшипниковая типа 05Х12Н8М2С3-Ш (Сб. научных трудов НПО ВНИПП N 3, Минавтопром 1986, с. 50), которая обладает комплексом высоких механических свойств после ее упрочнения термической обработкой. Она имеет удовлетворительные характеристики по горячей пластичности, оцениваемой по методике горячего кручения, а именно по числу скручиваний до полного разрушения. Bearing steel of the type 05X12H8M2S3-Sh is also known (Sat. Scientific Works of NPO VNIPP N 3, Minavtoprom 1986, p. 50), which has a complex of high mechanical properties after hardening by heat treatment. It has satisfactory characteristics in terms of hot ductility, estimated by the hot torsion technique, namely, by the number of twists to complete failure.

Однако достижение этих свойств требует весьма тщательного соблюдения режимов технологического процесса горячей деформации. Кроме того, при изготовлении заготовок деталей подшипников, колец и тел качения, методом горячей осадки поковок при высоких температурах на поверхностях заготовок получается большое количество трещин, что приводит к необходимости выбраковывать такие заготовки, при этом брак может достигнуть 50% от всей массы заготовок. Этот факт свидетельствует о том, что известная подшипниковая сталь обладает низкими характеристиками горячей пластичности. В табл. 1 представлены ингредиенты известной подшипниковой стали, принятой за прототип. Горячая пластичность стали в известном ее составе повышена быть не может. However, the achievement of these properties requires very careful adherence to the process conditions of hot deformation. In addition, in the manufacture of blanks for parts of bearings, rings and rolling elements, by the method of hot sinking of forgings at high temperatures, a large number of cracks are obtained on the surfaces of the blanks, which leads to the need to reject such blanks, while marriage can reach 50% of the total mass of blanks. This fact indicates that the known bearing steel has low hot ductility characteristics. In the table. 1 presents the ingredients of the known bearing steel adopted for the prototype. The hot ductility of steel in its known composition cannot be increased.

Задача изобретения - разработать состав подшипниковой стали, которая бы обладала высокой технологической поперечной пластичностью. The objective of the invention is to develop a composition of bearing steel, which would have a high technological transverse ductility.

Эта задача решается тем, что в состав стали дополнительно вводят церий, цирконий и кальций, при следующем соотношении ингредиентов, (в мас.%): углерод 0,01-0,05; марганец 0,09-1,0; хром 11,0-13,0; никель 7,5-9,5; молибден 1,5-2,5; кремний 2,5-3,5; церий 0,005-0,10; цирконий 0,005-0,1; кальций 0,005-0,1; железо остальное. Примерные составы стали приведены в табл. 1. This problem is solved by the fact that cerium, zirconium and calcium are additionally introduced into the composition of the steel, with the following ratio of ingredients (in wt.%): Carbon 0.01-0.05; manganese 0.09-1.0; chrome 11.0-13.0; nickel 7.5-9.5; molybdenum 1.5-2.5; silicon 2.5-3.5; cerium 0.005-0.10; zirconium 0.005-0.1; calcium 0.005-0.1; iron the rest. Exemplary steel compositions are given in table. one.

Введение в состав стали небольшого количества церия, циркония и кальция обеспечивает существенное повышение технологической поперечной пластичности. При этом в предлагаемой стали сохраняется весь комплекс высоких механических свойств, присущих прототипу. The introduction of a small amount of cerium, zirconium and calcium into the steel provides a significant increase in technological transverse ductility. In this case, the proposed steel retains the entire complex of high mechanical properties inherent in the prototype.

В табл. 2 приведены результаты испытаний на механические свойства как известной стали, так и предлагаемой. In the table. 2 shows the results of tests on the mechanical properties of both known steel and the proposed one.

Образцы сталей выплавлялись в виде слитков диаметром 100 мм с применением рафинирующего электрошлакового переплава. Далее слитки деформировались ковкой до получения прутков диаметром 20-25 мм, из которых изготавливались образцы для различных испытаний. Steel samples were smelted in the form of ingots with a diameter of 100 mm using refining electroslag remelting. Further, the ingots were deformed by forging to obtain bars with a diameter of 20–25 mm, from which samples were made for various tests.

Испытания на горячее кручение осуществлялись на образцах, нагретых до температуры 1100^oC, не подвергавшихся предварительно упрочняющей обработке. Целью испытаний было определение количества скручиваний до разрушения образцов (n_кр). Кроме того, определялись механические свойства стали путем испытания образцов на растяжение, при этом образцы подвергались упрочнению термической обработкой по следующему режиму: закалка от 1000^oC на воздухе, обработка холодом при -70^oC в течение 4 ч, старение при 475^oC в течение 10-15 ч. Характеристики поперечной пластичности оценивались осадкой по высоте образцов, предварительно нагретых до температуры 1100^oC. Образцы после выдержки в течение не менее 15 мин вынимались из печи и немедленно деформировались осадкой по высоте на различную степень до момента образования трещин на наружной поверхности. Таким образом определялась предельная степень деформации Σ_пр, при которой фиксировалось начало процесса трещинообразования. Этот параметр и являлся величиной, соответствующей характеристике поперечной пластичности стали. Полученные результаты испытаний приведены в табл. 2.Hot torsion tests were carried out on samples heated to a temperature of 1100 ^o C, not subjected to preliminary hardening treatment. The purpose of the tests was to determine the number of twists to fracture samples (n _cr ). In addition, the mechanical properties of steel were determined by tensile testing of the samples, while the samples were hardened by heat treatment according to the following conditions: quenching from 1000 ^o C in air, cold treatment at -70 ^o C for 4 h, aging at 475 ^o C for 10-15 hours. The characteristics were evaluated transverse ductility slump height samples previously heated to a temperature of 1100 ^o C. The samples after aging for at least 15 minutes, were removed from the oven and immediately deformed slump height at varying degrees of of the moment of formation of cracks on the outer surface. Thus, the limiting degree of deformation Σ _{pr was} determined, at which the beginning of the cracking process was recorded. This parameter was the value corresponding to the transverse ductility characteristic of steel. The obtained test results are given in table. 2.

Предлагаемая сталь в пределах заявляемого содержания элементов обладает комплексом высоких механических и технологических свойств. При этом изменение химического состава стали в сторону понижения содержания легирующих элементов приводит к снижению пластичности стали. В случае, если содержание легирующих элементов превышает верхний заявляемый уровень, в структуре стали образуется стабильная γ-фаза. Это явление сопровождается существенным понижением комплекса механических свойств стали, а именно снижаются ее прочностные характеристики. Следует особо отметить, что предлагаемая сталь значительно (более, чем в 2 раза) превосходит существующую по характеристикам технологической поперечной пластичности. The proposed steel within the claimed content of the elements has a complex of high mechanical and technological properties. In this case, a change in the chemical composition of steel in the direction of lowering the content of alloying elements leads to a decrease in the ductility of steel. If the content of alloying elements exceeds the upper claimed level, a stable γ-phase is formed in the steel structure. This phenomenon is accompanied by a significant decrease in the complex of mechanical properties of steel, namely, its strength characteristics are reduced. It should be noted that the proposed steel significantly (more than 2 times) exceeds the existing technological transverse ductility in terms of characteristics.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает новизной по сравнению с прототипом, имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники и является промышленно осуществимым, т.е. отвечает признакам патентоспособности изобретения. Thus, the proposed technical solution has novelty in comparison with the prototype, has an inventive step compared to the existing level of technology and is industrially feasible, i.e. meets the signs of patentability of the invention.

Claims (1)

Подшипниковая сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кремний, марганец и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий, цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,05
Марганец - 0,09 - 1,0
Хром - 11,0 - 13,0
Никель - 7,5 - 9,5
Молибден - 1,5 - 2,5
Кремний - 2,5 - 3,5
Церий - 0,005 - 0,10
Цирконий - 0,005 - 0,10
Кальций - 0,005 - 0,10
Железо - ОстальноеаBearing steel containing carbon, chromium, nickel, molybdenum, silicon, manganese and iron, characterized in that it additionally contains cerium, zirconium and calcium in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.01 - 0.05
Manganese - 0.09 - 1.0
Chrome - 11.0 - 13.0
Nickel - 7.5 - 9.5
Molybdenum - 1.5 - 2.5
Silicon - 2.5 - 3.5
Cerium - 0.005 - 0.10
Zirconium - 0.005 - 0.10
Calcium - 0.005 - 0.10
Iron - Rest

Images