[发明专利]一种渗碳轴承钢及其制备方法

说明书

技术领域本发明属于材料技术领域，特别涉及一种轴承钢及其制备方法。

背景技术轴承是在机械设备中的关键基础零部件，其服役条件是十分复杂和严峻的，要求轴承不仅要具有优良的耐磨性，同时还要具有高的抗滚动接触疲劳性能。而对于重型机械设备如轧钢机械、矿山挖掘机、大型风力发电机等用轴承，其服役过程中还受到较大的冲击负荷，因此除要求表面具有高耐磨性、抗接触疲劳性能外，还要求心部具有一定的韧性和足够的强度和硬度，因此选用渗碳轴承钢制造。

传统最常用的渗碳轴承钢为G20Cr2Ni4A钢，该钢经过二次淬火和回火处理后获得马氏体组织，因此具有高硬度、优异的耐磨性和滚动接触疲劳性能，同时心部具有高的韧性。然而，G20Cr2Ni4A钢中高的Ni含量，使得轴承的制造成本较高。我国的标准GB/T3203-1982渗碳轴承钢技术条件和JB/T8881-2001滚动轴承零件渗碳热处理技术条件中，还有G20CrMo，G20CrNiMo，G20CrNi2Mo，G10CrNi3Mo，G20Cr2Mn2Mo等渗碳轴承钢，标准中规定这些渗碳钢的最终热处理工艺均为二次淬火和回火处理，最后得到马氏体轴承。

近年来，新型渗碳轴承钢在不断发展，如专利ZL201110156392.7公开了一种超长接触疲劳寿命的高强韧渗碳轴承钢及制备方法，其轴承钢的化学成分为C：0.16～0.24、Si≦0.1、Mn≦0.1、Cr：0.3～1.5、Ni：1.50～4.50、Mo：0.3～1.5、Nb：0.02～0.10、V：0.3％～0.9，通过结合超纯净冶炼和晶粒细化控制技术提高材料性能，最终的热处理工艺为油淬加低温回火处理。专利CN102653843A公开了一种渗碳轴承钢，其主要化学成分为C：0.10～0.16、Si:0.15～0.40、Mn：0.40～0.90、Cr：1.3～1.8、Ni：3.10～3.80、Mo：0.02～0.09、Al：0.015～0.04。专利CN104694847A公开了一种含Ni渗碳轴承钢，其最终热处理工艺为淬火温度800-900℃，回火温度150-170℃。这些渗碳轴承钢最终的热处理工艺均采用了二次淬火和回火处理，最终轴承也为马氏体组织。表层的高碳马氏体组织硬度高，但韧性很低，提高轴承表层的韧性也有利于提高轴承的使用寿命。

发明内容本发明的目的在于提供一种能够保证轴承钢表面硬度的同时提高表层韧性的适合于制造大型风电轴承、轧机轴承等大型重载机械装备用渗碳轴承钢及其制备方法。本发明主要是降低了贵重金属元素Ni的含量，同时通过在轴承钢原材料中加入Si合金元素抑制碳化物析出，采取低温等温转变获得具有高强韧性的低温贝氏体组织，随后采取深冷处理，降低残余奥氏体量，保证轴承服役过程中的尺寸稳定性，从而提高轴承的服役寿命。

本发明的技术方案如下：

本发明的渗碳轴承钢是一种表面为低温贝氏体、马氏体组成的复合组织、心部为低碳马氏体组织的轴承钢，它的化学成分质量百分比为：C0.20～0.25、Si1.20～1.50、Mn0.20～0.40、Cr1.35～1.75、Ni2.20～2.60、Mo0.25～0.35、S≦0.010、P≦0.015、O≦0.0008、Ti≦0.003、H≦0.00015，其余为Fe和正常杂质。

上述渗碳轴承钢的制造方法：

(1)采用转炉冶炼钢水，将钢水经过炉外精炼和真空脱气处理，采用惰性气体保护浇注获得高纯净度铸锭，随后进行热加工和冷加工成毛坯轴承；

(2)对步骤(1)加工后的毛坯轴承表面进行常规渗碳处理，渗碳后表面碳含量为0.85-1.05wt.％；

(3)对步骤(2)渗碳后的毛坯轴承进行球化退火处理，加热温度为620-680℃，保温4-8小时，随后空冷至室温；

(4)将步骤(3)轴承加热到650-700℃保温1-2h后，继续加热至840-860℃保温0.5-1h，然后进行等温淬火，等温温度为M_s表层+(30～60)℃，等温时间4-8h，随后放入-120℃～-170℃的低温箱中保温1-2h，进行深冷处理，最后在150-200℃保温1-2h后空冷至室温。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)原材料中高的Si含量可以有效地抑制贝氏体相变过程中碳化物析出，获得高强韧性的低温贝氏体组织，同时高的Si含量还可以提高材料的淬透性，使得该渗碳轴承钢适合于制造大型轴承；

(2)轴承表面的具有更高的残余压应力，提高轴承的滚动抗接触疲劳寿命；