CN102046828A

CN102046828A - 轴承工件

Info

Publication number: CN102046828A
Application number: CN2009801190049A
Authority: CN
Inventors: 默罕麦德·谢里夫
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2011-05-04
Also published as: EP2268841A1; WO2009118166A1; US20110052442A1

Abstract

本发明提供一种轴承工件，其由包含下列元素的钢组合物形成：(a)0.5～1.2重量％的碳，(b)0.15～2重量％的硅，(c)0.25～2重量％的锰，(d)0.85～3重量％的铬，(e)任选的一种或多种以下元素：0～5重量％的钴、0～2重量％的铝、0～0.6重量％的钼、0～0.5重量％的镍、0～0.2重量％的钒、0～0.1重量％的硫、0～0.1重量％的磷，和(f)余量为铁以及不可避免的杂质。

Description

轴承工件

技术领域

总体而言，本发明涉及冶金领域，以及涉及轴承工件，例如由轴承钢形成的轧制元件或者环，该轴承钢包括下贝氏体(lower bainite)作为主要相。

背景技术

轴承是允许两个部件之间受约束相对运动(constrained relative motion)的装置。轧制元件轴承包括内轴承座圈和外轴承座圈以及许多置于其间的轧制元件(滚珠或者滚柱)。对于长期可靠性和长期性能而言，重要的是各种元件具有高抗轧制疲劳性(resistance to rolling fatigue)、高耐磨性和高耐蠕变性。

传统的制造金属工件的技术包括热轧或热锻以形成条、杆、管或环，随后通过软成型方法得到所需的工件。表面硬化(surface hardening)方法是众所周知的，并且用于局部增加已完成工件的表面硬度，从而改善例如耐磨性和抗疲劳性。已知许多表面硬化方法用于改善滚动触点疲劳性。

表面硬化(case-hardening)的备选方案是全硬化(through-hardening)。全硬化工件不同于表面硬化工件，全硬化工件的硬度在整个工件中是均匀或基本均匀的。全硬化工件的制造通常也比表面硬化工件的制造便宜，因为它们避免了例如与渗碳过程相关的复杂的热处理。对于全硬化轴承钢工件，有两种热处理方法：马氏体硬化或等温淬火。工件性能，比如韧性、硬度、显微组织、残留奥氏体含量和尺寸稳定性，是与所用具体类型的热处理相关或受其影响的。

马氏体全硬化工艺包括使钢奥氏体化，然后在低于马氏体开始转变温度时进行淬火。之后钢经低温回火以稳定显微组织。

贝氏体全硬化工艺包括使钢奥氏体化，然后在高于马氏体开始转变温度时进行淬火。淬火之后进行等温贝氏体转变。有时优选在钢中进行贝氏体全硬化而不是马氏体全硬化。这是因为贝氏体组织具有优异的机械性能，比如韧性和抗裂纹扩展性。

已知有很多常规热处理方法用来实现马氏体全硬化和贝氏体全硬化。

WO 01/79568记载了一种生产轧制轴承部件的方法。

发明内容

本发明提供一种轴承工件(bearing component)，其由包含下列元素的钢组合物形成：

(a)0.5～1.2重量％的碳，

(b)0.15～2重量％的硅，

(c)0.25～2重量％的锰，

(d)0.85～3重量％的铬，

(e)任选的一种或多种以下元素：

0～5重量％的钴，

0～2重量％的铝，

0～0.6重量％的钼，

0～0.5重量％的镍，

0～0.2重量％的钒，

0～0.1重量％的硫，

0～0.1重量％的磷，和

(f)余量为铁以及不可避免的杂质。

轴承工件由本文所述的合金形成，并且优选包括下贝氏体作为主要相(通常为至少60％贝氏体，更通常为至少80％贝氏体)或作为基本上唯一的相(即＞95％贝氏体)。贝氏体优选通过在较低温度(通常小于350℃，更通常为110～325℃)的转变(transformation)得到。低相变温度的一个结果是贝氏体片(plates ofbainite)很薄。特别地，材料优选具有的显微组织包括小于100nm、通常为10～50nm、更通常为20～40nm的贝氏体片。贝氏体片中通常散布有残留奥氏体。贝氏体通常形成至少60％的显微组织，更通常形成至少80％的显微组织。

该钢优选基本上不含碳化物。通常，显微组织会包括小于5％的碳化物，更通常为小于3％。

该钢通常具有的极限抗拉强度为2500MPa，硬度为600～670HV，韧性为大于30～40MPam^1/2。显微组织和所得到的机械性质改善了轴承工件的滚动触点疲劳性。

现在将进一步描述本发明。在以下的段落中将对本发明的不同方面进行详细说明。如此限定的各个方面可以和其他任何一个或多个方面进行组合，除非有清楚的相反指示。具体地说，任何指明为优选的或有利的特征可以和任何指明为优选的或有利的一个或多个特征进行组合。

该钢组合物优选包含0.7～1.1重量％、更优选0.75～1.05重量％的碳。与其他的合金元素组合，这引起了所需的细贝氏体(下贝氏体)显微组织。碳用于降低贝氏体转变温度。

该钢组合物优选包含0.25～2重量％、更优选0.25～1重量％、尤其优选0.4～1重量％的硅。与其他的合金元素组合，这引起所需的无碳化物的细显微组织(fine carbide-free microstructure)(或基本上无碳化物)。硅有助于抑制渗碳体的析出。然而，太高的硅含量会引起不期望的表面氧化物和差的表面光洁度。为此原因，硅的最大含量为2重量％，更优选为1重量％。

该钢组合物优选包含0.25～1.9重量％、更优选0.25～1.8重量％、尤其优选为0.25～1.7重量％的锰。锰用于增加奥氏体相对于铁素体的稳定性。

该钢组合物优选包含0.95～2.05重量％、更优选0.95～1.5重量％、尤其优选0.95～1.4重量％、尤其更优选为0.95～1.3重量％的铬。铬用于增加淬透性和减小贝氏体开始转变温度。

尽管钴和铝是任选的元素，但是优选存在其中的一种元素或者两种元素。相应地，在优选的实施方案中，钢组合物包括以下元素中的一种或包含以下两种元素：

0.1～5重量％的钴，和/或

0.1～2重量％的铝。

更优选地，该钢组合物包括以下元素中的一种或包括以下两种元素：

1～4重量％的钴，和/或

0.5～2重量％的铝。

1.8～4重量％的钴，和/或

1～2重量％的铝。

2～4重量％的钴，和/或

1.2～2重量％的铝。

已发现铝改善了轴承工件的固有韧性，这可能归因于其抑制了碳化物的形成。

已发现钴改善了轴承工件的耐腐蚀性。这对于例如用于风轮机或船舶吊舱(marine pod)的轴承工件是非常重要的。此类轴承会由于海水而受到污染，这会极大地减小轴承的使用寿命。

如果可以，合金优选包含0.05～0.5重量％的钼。钼用于避免由杂质(例如磷)引起的奥氏体晶界的脆化。钼也用于增加淬透性和减少贝氏体开始转变温度。

可以理解的是，用于本发明轴承工件中的钢可以含有不可避免的杂质，虽然这些杂质总计不太可能超过组合物的0.5重量％。优选的是，合金含有的不可避免的杂质的量为不大于组合物的0.3重量％，更优选的是，不大于组合物的0.1重量％。磷含量和硫含量优选保持在最小量。

本发明的合金基本上由所述元素组成。因此可以理解的是，除了这些必须具有的元素，在组合物中还可以存在另外的没有说明的元素，条件是它们的存在不会很大程度地影响组合物的基本性质。

本发明的轴承工件由如下的钢形成：该钢通常110～350℃的温度转变成贝氏体，更通常在115～250℃的温度转变成贝氏体。完成贝氏体的形成的转变时间为3小时至80天，更通常是6小时至60天。转变时间取决于转变温度：温度越低，时间越长。形成的贝氏体量取决于转变温度：温度越低，形成的贝氏体越多。转变温度越高，残留的奥氏体量会增加。

制造轴承工件钢的工艺避免了快速冷却，从而可以避免大型工件块中的残余应力。

为了加速转变过程，已发现将钴和/或铝添加至钢组合物是有利的。

适合用于本发明的贝氏体钢组合物的一些实例包括(余量为Fe)：

0.79重量％的碳，

1.59重量％的硅，

1.94重量％的锰，

1.33重量％的铬，

0.3重量％的钼，

0.11重量％的钒。

0.98重量％的碳，

1.46重量％的硅，

1.89重量％的锰，

1.26重量％的铬，

0.26重量％的钼，

0.09重量％的钒。

0.83重量％的碳，

1.57重量％的硅，

1.98重量％的锰，

1.02重量％的铬，

0.24重量％的钼，

1.54重量％的钴。

0.78重量％的碳，

1.49重量％的硅，

1.95重量％的锰，

0.97重量％的铬，

0.24重量％的钼，

1.60重量％的钴，

0.99重量％的铝。

如有需要，通过进行任何常规的贝氏体转变后的步骤改善各种机械性能。例如，在一些情况中，通过进行贝氏体转变后的形变步骤以及之后的回火改善屈服强度。

轴承工件可以是轧制元件轴承的一部分，例如轴承内环或外环，或滚珠元件或滚柱元件。轴承工件也可以是直线轴承的一部分例如滚珠和滚柱螺杆。

本发明也提供包括这里所述的轴承工件的轴承。

Claims

1.轴承工件，其由包含下列元素的钢组合物形成：

(a)0.5～1.2重量％的碳，

(b)0.15～2重量％的硅，

(c)0.25～2重量％的锰，

(d)0.85～3重量％的铬，

(e)任选的一种或多种以下元素：

0～5重量％的钴、

0～2重量％的铝、

0～0.6重量％的钼、

0～0.5重量％的镍、

0～0.2重量％的钒、

0～0.1重量％的硫、

0～0.1重量％的磷，和

(f)余量为铁以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的轴承工件，其包含0.7～1.1重量％的碳，优选0.75～1.05重量％的碳。

3.根据权利要求1或2所述的轴承工件，其包含0.25～2重量％的硅，优选0.25～1重量％的硅，更优选0.5～1重量％的硅。

4.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含0.25～1.9重量％的锰，优选0.25～1.8重量％的锰，更优选0.25～1.7重量％的锰。

5.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含0.95～1.5重量％的铬，优选0.95～1.4重量％的铬，更优选0.95～1.3重量％的铬。

6.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含以下元素中的一种或包含以下两种元素：

0.1～5重量％的钴，和/或

0.1～2重量％的铝。

7.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含以下元素中的一种或包含以下两种元素：

1～4重量％的钴，和/或

0.5～2重量％的铝。

8.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含以下元素中的一种或包含以下两种元素：

1.8～4重量％的钴，和/或

1～2重量％的铝。

9.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含以下元素中的一种或包含以下两种元素：

2～4重量％的钴，和/或

1.2～2重量％的铝。

10.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含0.05～0.5重量％的钼。

11.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其包含0.05～0.2重量％的钒。

12.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其中所述钢组合物的显微组织包括贝氏体作为主要相或基本上唯一的相。

13.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其中所述钢的显微组织基本上为不含碳化物。

14.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其中所述钢的显微组织包括厚度小于100nm的贝氏体片。

15.根据权利要求14所述的轴承工件，其中所述贝氏体片中散布有奥氏体。

16.根据上述权利要求中任一项所述的轴承工件，其为轧制元件、内环和外环中的至少一种。

17.包括上述权利要求中任一项所述的轴承工件的轴承。