[发明专利]一种汽车轮毂用轴承钢及其制造方法

说明书

一种汽车轮毂轴承钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：碳：0.58～0.61％；硅≤0.15％；锰：0.87～0.95％；铜：0.10～0.25％；钼：0.12～0.18％；铬：0.10～0.20％；硫≤0.015％；磷≤0.015％；铝：0.008～0.015％；氧≤0.0006％；氮：0.006～0.015％；氢≤0.0001％；钛≤0.0015％；其余为铁及不可避免杂质，且，同时满足，C％+Mn％/3＝0.87～0.95，Al/N＝0.85～1.15。本发明轴承钢具有耐腐蚀、晶粒细小、纯洁度高、强韧性性能优良等特点；轴承钢的抗拉强度，800～900MPa，能保证高频淬火滚道面的硬度达到730～780HV，滚道面的淬硬层深度达到2.0～3.5mm。

技术领域

本发明涉及轴承钢，尤其是指一种汽车轮毂用轴承钢及其制造方法。

背景技术

汽车轮毂轴承的作用是支撑车体和引导车轮旋转，它既承受轴向载荷又承受径向载荷。随着汽车轮毂轴承单元的使用范围和使用量日益增长，如今已经发展到了第三代，第一代是由双列角接触轴承组成；第二代在外滚道上有一个用于将轴承固定的法兰，可简单的将轴承套到轮轴上用螺母固定；第三代轮毂轴承单元是采用了轴承单元和防抱刹系统ABS相配合。轮毂单元设计成有内法兰和外法兰，内法兰用螺栓固定在驱动轴上，外法兰将整个轴承安装在一起。第三代轮毂轴承的出现使得轮毂轴承的安装和维修更为方便，对轮毂轴承钢的性能要求也越来越高。

用于制造汽车轮毂轴承的轴承钢一般为中碳轴承钢，如采用S55C，其化学成分为：C:0.52～0.58％，Si:0.15～0.35％，Mn:0.60～0.90％，Cr≤0.20％，P≤0.030％，S≤0.035％，Ni≤0.20％，Cu≤0.30％，Ni+Cr≤0.35％。

随着锻造技术的发展，汽车轮毂毛坯由常规加热炉加热(加热介质：天然气或煤气)+自由模锻生产工艺发展到多工位高速镦锻压力机进行轴承套圈毛坯的热锻生产工艺。

新的高速镦锻工艺采用中频感应加热炉加热和塔锻工艺，塔锻工艺是将单件碾扩镦粗，然后进行塔锻，继而经过分离成外圈和内圈，外圈碾扩、内圈冲孔跚。采用新的高速镦锻工艺具有生产效率高、尺寸精度高、材料成材率高、金属流线分布好、晶粒细化、改善了金属的内部组织，然而对汽车轮毂的轴承钢材料要求更为严格。再进一步，经过某合资汽车品牌市场返回轮毂不良品的解析分类显示，常见的轮毂轴承失效模式有5种，包括疲劳失效、磨损、腐蚀、电蚀、塑性变形、裂纹。因此，轮毂轴承钢必须具有晶粒细小、均匀的硬度、耐腐蚀性能、高的纯净度(包括非金属夹杂物、残余元素和气体)，此外，还应该具有良好的镦锻性能和模具寿命，特别是后道工序的高频淬火不但要获得滚道面730～780HV的硬度，同时还要求具有一定的淬透层深度。

中国专利申请号200710045281.2和中国专利申请号201610001624.4为针对汽车轮毂的轴承钢发明专利。中国专利申请号200710045281.2是在S55C基础上进行优化的中碳碳素轴承钢，为获得较小的滚道面硬度差而缩小碳含量的范围，为细化晶粒尺寸和减少Al2O3类型夹杂物对Al含量进行限定，同时对有害元素Ti进行控制。专利申请号201610001624.4为一种微合金轿车碳素轮毂轴承钢，对用途限定以外主要添加Al元素来细化晶粒。

然而，单纯加入Al来细化晶粒往往不能达到相应的细晶粒效果；现有汽车轮毂轴承钢由于碳含量偏低不能有效改善轮毂轴承滚道面的硬度，相对应轮毂轴承钢棒材来说，中心与边缘的碳偏差过大造成轮毂轴承滚道面的硬度偏差＞50HV；现有的轮毂轴承钢纯净度控制不佳，特别是氧含量、钛含量高造成单颗球状氧化物和氮化钛类型夹杂物超过27μm，造成轮毂轴承滚道面的早期剥落和失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车轮毂轴承钢及其制造方法，该轴承钢具有耐腐蚀、晶粒细小、纯洁度高、强韧性性能优良等特点；所述汽车轮毂轴承钢抗拉强度800～900MPa，能保证高频淬火滚道面的硬度达到730～780HV，滚道面的淬硬层深度达到2.0～3.5mm。