[发明专利]一种无铬镍的耐冲击轴承钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢领域，主要涉及一种无铬镍的耐冲击轴承钢及其制造方法。

背景技术

工程机械、采矿、挖掘等机械设备所用的轴承，因其工作环境非常恶劣，往往承受过多冲击载荷，使用寿命很低。传统高碳铬轴承钢比如GCr15、GCr15SiMn等，因碳含量较高虽然具有一定的耐磨性然而其耐冲击能力较为薄弱。而渗碳轴承钢，比如G20CrNi2MoA、G20Cr2Ni4Mo等渗碳轴承钢，因含有较高的合金元素往往价格昂贵，加之渗碳工艺较为复杂，所以其应用也受到一定限制。

为解决上述问题，国内外在耐冲击轴承钢的研究方面已经取得了一些成果，其中，专利成果如表1所示。

表1耐冲击轴承钢专利文献比较

表1中的专利均为耐冲击轴承钢的发明专利。专利号CN102605256《一种掺稀土轴承钢及其制备方法》，本质上一种高碳铬轴承钢，通过添加稀土元素提高韧性，采用真空感应+重熔的工艺方法，制造成本高、稀土元素的加入不容易控制。专利号CN100587099、CN101724742、CN101624677、CN101376948的共同特点是不添加Cr，通过采用V、Nb、Ti、Re等微合金元素获得相对良好的韧性以解决冲击性能，但是难以满足复杂工况条件下耐冲击性能。专利号CN101230441是一种典型的添加Nb、V的Cr-Ni-Mo钢，通过微合金作用达到提高韧性的目的。专利号JP07278740、JPS62274052是渗碳轴承钢，通过表面渗碳工艺达到表面耐磨、热处理后的内部组织为回火索氏体，耐冲击性能一般能满足复杂的工况条件，但渗碳工艺工艺复杂，一般轴承制造企业难以掌握或者制造成本高。

综上所述，现有耐冲击轴承钢尚存在以下不足之处：(1)现有高碳铬轴承钢耐冲击性能不良；(2)现有Cr-Ni轴承钢，比如G20CrNi2MoA、G20Cr2Ni4Mo等渗碳轴承钢，一方面由于贵重合金元素含量高，另一方面渗碳工艺复杂，难以满足低成本工艺简单的要求；(3)现有不含Cr、Ni的轴承钢能解决碳化物问题，但难以解决复杂工况条件下的冲击性能要求。

发明内容

本发明设计了一种无铬镍型耐冲击轴承钢，不采用贵重的Cr-Ni合金元素即通过在钢中加入硅、锰、钼等合金元素及相应的成分设计，经过冶炼-真空精炼-浇注-轧制-退火获得耐冲击性能优良的轴承钢。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种无铬镍的耐冲击轴承钢，其包括按重量百分数计的如下组分：

C：0.58～0.68％；Si：1.25～1.55％；Mn：0.28～0.58％；Mo：0.58～0.68％；V：0.15～0.25％；Nb：0.015～0.08％；Al：0.010～0.040％；P：≤0.015％；Cu：≤0.25％；O：≤0.0010％；S：≤0.015％；余量为Fe及不可避免的杂质。

作为优选方案，本发明的组分中还包括Nb：0.030～0.060％。

上述各组分的配比理由如下：

碳：一般认为，碳元素使韧性恶化。然而，碳元素是保证轴承钢强度和耐磨性能的重要元素，在耐冲击轴承钢中保证一定的强度级别必须一定的碳含量。控制0.58～0.68％的碳含量可以保证。

硅：硅能部分替代铬、镍元素作用提高强度，在冶炼过程还是很好的还原剂和脱氧剂。同时，在钢中硅能降低碳的浓度梯度，在奥氏体状态下促进碳扩散作用，它能抑制碳化物的析出，可以提高韧性。本发明钢中硅控制在1.25～1.55％能与其他元素配合满足强韧性要求。

锰：锰能部分代替铬以保持强度，而且锰是能显著提高淬透性的主要元素。但是锰在钢中有促进奥氏体化晶粒长大的缺点，对锰的含量应加以控制。发明钢中添加锰含量为0.28～0.58％。

钼：钼能细化晶粒，提高淬透性，能保证钢材具有一定的强度级别，此外还可以降低回火脆性，避免钢材在复杂的工作环境中出现脆性断裂。适量的钼含量在钢中的作用非常显著，不但可以提高零件心部的淬透性，明显抑制非马氏体的形成，还可以提高零件表面硬度。本发明钢中，控制Mo：0.58～0.68％。

钒、铌：典型的细化晶粒元素，0.15～0.25％的钒，选加0.030-0.060％的铌能改善钢材的晶粒尺寸，获得良好的韧性。但，过多的钒或铌往往会造成相应的碳化物聚集，造成冲击韧性的降低。