本發明涉及新材料
技術領域：
，尤其涉及一種軸承鋼及其制備方法。
背景技術：
：我國精密機床、冶金設備、重型裝備、高端汽車等傳統重大裝備和風力發電、高速鐵路及航空航天等新興戰略產業等是我國工業體系的重要支柱產業，其中軸承是非常關鍵的部件，其使用壽命和可靠性的高低在一定程度上決定了主機性能的優劣。隨著我國科學技術的飛速發展，在許多高端領域，如航空、航天、交通、能源(風電、太陽能、核電)、海洋工程對所用軸承提出了許多新的要求，其使用范圍也不斷擴大，因此，對所使用的軸承材料新的性能和質量上也提出了更多的要求，如航空發動機軸承需要在高溫條件下工作，因此需要高溫軸承制造；原子能工業需要采用抗腐蝕、耐照射以及無磁性等特殊要求，因此需要采用不銹軸承或無磁耐腐蝕不銹軸承鋼材制造；各種軍工產品也與軸承密不可分，如飛機、軍艦、導彈、雷達、坦克大炮等現代化武器均離不開軸承，這些軸承都需要采用各種不同的軸承材料來制造，可以說軸承領域的應用越來越廣泛，也越來越重要，目前已經有的特種軸承鋼的種類和性能已遠遠不能滿足其需求，因此，必須大力度研發新型高壽命軸承鋼以滿足軸承工業發展的需求和科技進步以及過國防工業的需求，對保障我國科學技術和國防工業的發展起著非常重要作用。國外汽車齒輪箱用軸承使用壽命最低50萬公里，國內同類軸承壽命約10萬公里，且可靠性穩定性差。國外軸承高速性能指數dn值可達到3.3×106，而我國同類產品最高不超過2.5×106；高速鐵路用軸承目前國內軸承全部依靠進口，歐、日各50％，制約了我國高鐵技術的進一步發展。因此，我國生產的關鍵軸承與日本、歐美國等先進國家生產的軸承在使用壽命、可靠性、dn值與承載能力等方面存在較大的差距，已經成為制約我國裝備制造業發展的瓶頸。無論是我國國家標準，還是日本、歐美等先進國家的標準，以含c1.0％、cr1.5％為代表的高碳鉻軸承鋼，從它誕生至今，化學元素幾乎沒有變化，但隨著科學技術的迅猛發展，對軸承提出了非?？量痰囊螅谔岣咿D動速度、提高工作溫度的同時，還要求更高的可靠性和壽命；軸承尺寸的不斷增大，要求更高的淬透性；辦公自動化機器的出現，要求對小型軸承噪聲的抑制。由于對軸承的要求越來越高，軸承材料必須具備高純凈度、高可靠性和高疲勞壽命。技術實現要素：本發明目的是提供一種高壽命的軸承鋼及其熱處理方法，其解決了至少一個上述技術問題。本發明解決技術問題采用如下技術方案：一種軸承鋼，其各組分按重量百分數計為：c：0.75～0.85％；si：0.15～0.35％；mn：0.25～0.40％；cr：1.40～1.60％；ni：0.05～0.09％；mo：0.02～0.08％；al：0.005～0.020％；cu：0.02～0.08％；ce：0.005～0.03％；p：小于等于0.010％；s：小于等于0.008％；ti：小于等于0.0020％；o：小于等于0.0008％；as：小于等于0.012％；sn：小于等于0.002％；sb：小于等于0.0050％；pb：小于等于0.0020％；ca：小于等于≦0.0010％；余量為fe?？蛇x的，所述c的重量百分比為0.76-0.80％?？蛇x的，所述cr的重量百分比為1.50-1.55％?？蛇x的，所述mn的重量百分比為0.35-0.40％。本發明解決技術問題采用如下技術方案：一種軸承鋼的制備方法，其包括以下步驟：s10、將包含上述元素及含量的軸承鋼出鋼，通過模鑄錠或連鑄得到鋼錠或連鑄坯；s15、加熱；將3-7噸鋼錠或ф310-500mm連鑄坯放入加熱爐中加熱至1220-1250℃，保溫時間大于6小時，出爐軋制；s20、軋制；將3-7噸鋼錠或ф310mm連鑄坯吊出加熱爐，開軋溫度1200-1220℃，終軋溫度850-900℃，軋制成160mm2軋坯入坑緩冷；s25、緩冷；軋后的160mm2軋坯入坑緩冷60小時；當軋坯溫度小于等于200℃時出坑；s30、精整；軋后的160mm2軋坯表面經砂輪扒皮清理，去掉脫碳層；s35、二次加熱；將160mm2的軋坯放入加熱爐加熱，加熱至1160～1200℃，均熱段保溫，保溫溫度1160-1180℃，保溫時間大于110分鐘；所述加熱和二次加熱的時間之和大于330分鐘；s40、二次軋制；用加熱后的160mm2軋坯，軋制成ф5.5mm、ф7mm、ф14mm盤圓線材；s45、緩冷；軋制成ф5.5mm、ф7mm、ф14mm盤圓線材后，盤圓線材溫度小于等于700℃時，扣保溫罩緩冷；s50、矯直；s55、磨光；s60、探傷；s65、清理、檢查；s70、上交，對軋后的盤圓線材，逐捆取樣進行檢驗后，上交。本發明具有如下有益效果：本發明的軸承鋼比傳統gcr15鋼比，化學成分有明顯不同，降低了碳含量，增加了微合金化元素：ni、mo、cu、鈰、鋁五種元素，使得其技術質量指標比傳統gcr15鋼有明顯提高，使用壽命提高了一倍。具體實施方式下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步闡述。實施例1本實施例提供了一種高壽命(xwlnxp001高壽命軸承用于軋機導衛軸承的壽命可以達到10-12小時，與原gcr15軋機導衛軸承壽命4-6時間比，提高了一倍)軸承鋼，其各組分按重量百分數計為：c：0.75～0.85％；si：0.15～0.35％；mn：0.25～0.40％；cr：1.40～1.60％；ni：0.05～0.09％；mo：0.02～0.08％；al：0.005～0.020％；cu：0.02～0.08％；ce(稀土鈰)：0.005～0.03％；p：小于等于0.010％；s：小于等于0.008％；ti：小于等于0.0020％；o：小于等于0.0008％；as：小于等于0.012％；sn：小于等于0.002％；sb：小于等于0.0050％；pb：小于等于0.0020％；ca：小于等于≦0.0010％；余量為fe。耐腐蝕、耐磨、抗疲勞的元素確定：本實施例的軸承鋼耐腐蝕、耐磨、抗疲勞的元素確定如表1所示。高壽命軸承鋼材料成分設計關鍵在于保證獲得高的彈性極限、抗拉強度和接觸疲勞強度，高的淬硬性和必要的淬透性，以保證高耐磨性，一定的沖擊韌性；良好的尺寸穩定性或組織穩定性；能抵抗化學腐蝕；可有效降低材料疲勞剝落、卡死、套圈斷裂、磨損、銹蝕等現象。碳成分的控制區間：碳是影響鋼材性能的重要元素，是保障軸承鋼能夠具備足夠的淬透性、硬度值和耐磨性的重要元素之一。碳強化作用很高，鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但卻顯著降低韌性，為了提高軸承鋼使用的安全性與可靠性，在降低碳的同時，通過合金化來來提高強度，即由現行gcr15中的0.95～1.05％(重量)，設計成0.75～0.85％(重量)，更優選地，可以將所述碳的含量控制在0.76～0.80％(重量)，按中下限控制，降低鑄坯碳偏析，改善碳化物的均勻性。mn、cr、ni、mo、al、鈰元素設計說明：鉻元素是碳化物形成元素，主要作用是提高鋼的淬透性和耐腐蝕性能，并可提高強度、硬度、耐磨性、彈性極限和屈服極限。能顯著改變鋼種碳化物的分布及其顆粒的大小，使含鉻的滲碳體型碳化物(fe·cr)3·c退火聚集的傾向性變小，是軸承鋼碳化物變細小、分布均勻、并擴大了球化退火的溫度范圍。鉻元素還能減小鋼的過熱傾向和表面脫碳速度。cr按1.40～1.60％設計，更優選地，可以將所述鉻的含量控制在1.50～1.55％，能夠增加鋼的淬透性和耐磨性，提高尺寸穩定性或組織穩定性，能改善鋼的抗腐蝕能力和抗氧化作用；并可以防止過高的鉻含量容易形成大塊碳化物。錳顯著提高鋼的淬透性，部分錳溶于鐵素體中提高鐵素體的硬度和強度，并且能夠固定鋼種s的形態并形成對鋼的性能危害小的mns等硫化物，能夠減少或者抑制fes的生成。mn能提高鋼材的強度，削弱和消除硫的不良影響，提高固熔強化作用，并能提高鋼的淬透性、屈服強度和抗拉強度，實施例的軸承鋼根據需要將mn的含量設計為0.25～0.40％(重量)，按中上限控制成分，本實施例中，可以將mn的含量控制為0.35～0.40％，以保證軸承鋼殘余奧氏體數量，穩定鋼的過熱敏感性、裂紋傾向性以及尺寸穩定性。但鋼中cr與mn這些元素會使材料在250～450℃增加回火脆性敏感性，即脆性轉變溫度上升的同時，韌性破斷的沖擊值和斷裂韌性值下降，為了降低錳的不利影響，這就需要增加mo元素，其含量范圍為0.02～0.05％(重量)，提高淬透性、抗回火穩定性，細化退火組織，減小淬火變形、提高疲勞強度，改善力學性能。ni含量設計為0.05～0.09％(重量)，ni是提高鋼材韌性最有效的合金元素，它韌化的機理是使材料基體本身在低溫下易于交叉滑移，不論對何種組織，加入ni均可提高韌性。同時ni+mo+cu元素設計控制區間0.15-0.19％，可以得到比cu+ni更好的綜合耐蝕性能,所以cu按0.02-0.08％設計，鋼的耐腐蝕穩定性增強。al含量設計為0.005-0.020％，可以避免鋼因晶粒度粗化溫度低、粗晶組織的質量問題，使鋼中形成足夠的細小彌散分布的難熔化合物-aln，和細小、彌散的碳、氮化物v(c、n)一起阻止奧氏體晶粒長大，晶粒度級別可以提高到≥8.5級，比gb/t18254-2002下gcr15晶粒度提高0.5級別。稀土鈰按照0.005-0.030％設計，使鋼中殘留的夾雜物通過稀土鈰球化，細化晶粒，提高軸承鋼的使用壽命。本實施例的軸承鋼能使其綜合機械性能比原gcr15鋼有所提高，尤其是鋼中碳化物(網狀等)級別顯著降低，從而滿足軸承鋼在高壽命、高可靠性方面的需要。本實施例的軸承鋼在傳統軸承鋼gcr15材料的基礎上，增加了ni、mo、cu、鈰元素，降低了碳含量，同時嚴格控制al含量范圍，并通過轉爐或電爐+lf+vd或rh+模鑄或連鑄→加熱→軋制→緩冷→精整→二次加熱→二次軋制→緩冷→精整清理→探傷→清理、檢查→上交的方法制備，從而使得軸承鋼能夠達到以下性能要求：(1)高的彈性極限、抗拉強度和接觸疲勞強度；(2)高的淬硬性和必要的淬透性，以保證高耐磨性，其硬度為(hrc)62～64；(3)較高的沖擊韌性；(4)良好的尺寸穩定性或組織穩定性；(5)能抵抗化學腐蝕、抗氧化；(6)可有效降低材料疲勞剝落、卡死、套圈斷裂、磨損、銹蝕等現象。并使得材料的低倍組織、非金屬夾雜物、碳化物分布等性能指標全部達到設計指標。本實施例的軸承鋼，低倍組織中心疏松、一般疏松和偏析分別按gb/t18254-2002第1、第2和第3級別圖評級，均應不大于1.0級，不允許有一般斑點狀偏析和邊緣斑點狀偏析。在非金屬夾雜物方面：(1)常規非金屬夾雜物按gb/t18254-2002附錄a第4級別圖進行評定，ds按iso4967評定，評定結果應符合表1規定。表1非金屬夾雜物合格級別(2)非金屬夾雜物tin的判定標準：①形態：方形或近似方形，四角或棱角分明的單顆粒夾雜物。②一個視場內不允許出現2顆邊長＜19μm或1顆邊長≥19μm的tin夾雜物。在碳化物不均勻性方面：(1)碳化物帶狀，按gb/t18254-2002附錄a第8級別圖進行評定，其合格級別不大于2.0。(2)碳化物液析，按gb/t18254-2002附錄a第9級別圖進行評定，其合格級別不大于1.0。本實施例的軸承鋼的研發與生產是國內外軸承鋼發展的一個方向，可加快縮短我國軸承鋼實物品種、質量與國外的差距，國內實現產業化后，在一定程度上可以替代進口，主要用于各知名品牌轎車發動機軸承、軍工和精密機械軸承等領域，有著極好的市場前景。實施例2本實施例提供了一種高壽命軸承鋼的生產方法，其包括：s10、轉爐或電爐+lf+vd或rh出鋼，模鑄錠或連鑄：s15、加熱；將3-7噸鋼錠或ф310-500mm連鑄坯放入加熱爐中加熱，高溫保溫溫度1220-1250℃，高溫擴散時間大于6小時，出爐軋制。s20、軋制；將3-7噸鋼錠或ф310mm連鑄坯吊出加熱爐，開軋溫度1200-1220℃，終軋溫度850-900℃，軋制成160mm2入坑緩冷。s25、緩冷；軋后的160mm2軋坯入坑緩冷60小時，進一步擴氫和去除殘余應力，≤200℃出坑。s30、精整；軋后的160mm2軋坯表面經砂輪扒皮清理，去掉脫碳層。s35、二次加熱；將160mm2軋坯放入加熱爐加熱，加熱溫度1160～1200℃，均熱段保溫保溫溫度1160-1180℃，保溫時間大于110分鐘；總加熱時間大于330分鐘。s40、二次軋制；用加熱后的160mm2軋坯，軋制成ф5.5mm、ф7mm、ф14mm盤圓線材。s45、緩冷；軋制成ф5.5mm、ф7mm、ф14mm盤圓線材后，盤圓線材溫度≤700℃時，扣保溫罩緩冷。s50、矯直；s55、磨光；s60、探傷；s65、清理、檢查；s70、上交對軋后的盤圓線材，逐捆取樣進行檢驗后，上交。其中，開坯前的鋼錠或連鑄坯高溫均質化保溫溫度1220-1250℃，高溫擴散時間大于6小時，軋制后緩冷60小時；二次線材軋制前的加熱溫度1160～1200℃，均熱段保溫保溫溫度1160-1180℃，保溫時間大于110分鐘；總加熱時間大于330分鐘。本發明的高壽命軸承鋼(xwlnxp002)，經過球化等溫退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，與片狀珠光體比不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件也不易變形和開裂。本發明的高壽命軸承鋼的主要指標明顯高于gb/t18245-2002規定的gcr15材料標準，主要指標對比如表2所示。表2本實施例軸承鋼與gb/t18245-2002規定的gcr15材料主要指標對比實施例3本實施例的軸承鋼，在試驗中所選擇的方案以及技術效果如表3所示：表3試驗中所選擇的技術方案根據上述成分，測得軸承鋼的c曲線如表4所示：表4軸承鋼的c曲線相變點t液ac1(ar1)ac3(ar3)ms溫度1458762℃(698℃)902℃(712℃)171對其性能進行測試，取樣數量、取樣部位及檢驗方法明細如下表5。表5取樣數量、取樣部位及檢驗方法結合本實施例的軸承鋼的液相線溫度1458℃，允許的加熱溫度最高為1258℃。因為鋼的過燒溫度比熔點低50～100℃，過熱溫度比熔點低150～200℃，所以鋼的加熱保溫最高溫度一般應低于熔點(或低于狀態圖固相線溫度)200℃。因此，軸承鋼的鋼錠或連鑄坯經高溫均質化溫度必須控制在1220-1250℃溫度范圍之內，保溫時間6-8小時，軋后進行坑冷，防止鋼坯表面裂紋。軋后表面清理。本實施例的軸承鋼與gb/t18254-2002條件下gcr15材料對比化學成分有實質性的不同，增加了ni、mo、cu、鈰等元素，同時對al含量進行了規格設計，鋼材綜合性能有顯著提高，檢測結果如下：(1)低倍組織對比如表6；表6低倍組織情況；(2)夾雜物水平對比如表7；表7非金屬夾雜物對比情況(3)碳化物分布對比如表8；表8碳化物分布情況對比以上實施例的先后順序僅為便于描述，不代表實施例的優劣。最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁12