RU2185458C1

RU2185458C1 - High-strength bearing steel

Info

Publication number: RU2185458C1
Application number: RU2000127896/02A
Authority: RU
Inventors: В.С. Буркин; Л.В. Черневский; А.И. Алферов; Е.В. Буцкий; В.К. Вахрушев
Original assignee: Открытое акционерное общество "ВНИПП"
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: metallurgy; manufacture of parts for antifriction bearings working under conditions of contact loads and elevated temperatures. SUBSTANCE: high-strength bearing steel contains the following ingredients, mas.%: carbon, 0.7-0.8; silicon, 0.05-0.4; manganese, 0.05-0.4; chromium, 4.0-4.6; tungsten, 8.5-9.5; vanadium, 1.40-1.70; cerium, 0.005-0.10; calcium, 0.005-0.10; yttrium, 0.005-0.10; and iron, the balance. EFFECT: reduction of carbide heterogeneity; reduced sizes of carbides; reduction of anisotropy of plastic properties. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей подшипников качения, работающих в условиях воздействия высоких контактных нагрузок и повышенных температур. The invention relates to the field of metallurgy and can be used in the manufacture of parts of rolling bearings operating under conditions of high contact loads and elevated temperatures.

Предлагаемая в соответствии с данным изобретением высокопрочная и теплопрочная сталь относится к классу быстрорежущих высоколегированных сталей. Стали данного класса наряду с мартенситной структурой характеризуются наличием структурно свободной карбидной составляющей. После металлургического передела избыточные карбиды располагаются в виде отдельных строчек в направлении волокна, образуя так называемую карбидную неоднородность. Proposed in accordance with this invention, high-strength and heat-resistant steel belongs to the class of high-speed high alloy steels. The steels of this class, along with the martensitic structure, are characterized by the presence of a structurally free carbide component. After the metallurgical redistribution, excess carbides are arranged in separate lines in the direction of the fiber, forming the so-called carbide heterogeneity.

Известна высокопрочная подшипниковая сталь типа 8Х4М4В2Ф1-Ш (А. Г. Спектор, Б. М. Зельбет, С.А. Киселева. "Структура и свойства подшипниковых сталей".- М.: Металлургия, 1980). Known high-strength bearing steel type 8X4M4V2F1-Sh (A. G. Spector, B. M. Zelbet, S. A. Kiseleva. "Structure and properties of bearing steels" .- M .: Metallurgy, 1980).

Однако наличие в данной стали в качестве легирующего элемента молибдена приводит к образованию большого количества окалины в процессе металлургического передела и термической обработки. В связи с этим известная сталь характеризуется весьма низкими технологическими свойствами. However, the presence of molybdenum as an alloying element in this steel leads to the formation of a large amount of scale during the metallurgical process and heat treatment. In this regard, the known steel is characterized by very low technological properties.

Известна также высокопрочная подшипниковая сталь типа 8Х4В9Ф2-Ш, принятая за прототип, которая обладает удовлетворительными прочностными характеристиками (Справочник-каталог "Подшипники качения"/ Под ред. Л.В. Черневского. - М. : Машиностроение, 1997 г.) Для успешного примененеия в качестве подшипникового материала сталь такого типа должна обладать высокими прочностными свойствами и определенным состоянием микроструктуры, а именно карбидная неоднородность не должна превышать 5 баллов, а размер избыточных карбидов - 30 мкм. Also known is high-strength bearing steel of type 8X4V9F2-Sh, adopted as a prototype, which has satisfactory strength characteristics (Directory-catalog "Rolling bearings" / Ed. By L.V. Chernevsky. - M.: Mechanical Engineering, 1997) For successful application as a bearing material, steel of this type should have high strength properties and a certain state of the microstructure, namely, carbide inhomogeneity should not exceed 5 points, and the size of excess carbides should be 30 microns.

Известная сталь в качестве легирующих элементов содержит большое количество таких карбидообразующих элементов, как хром, вольфрам и ванадий. В связи с этим избыточные карбиды представляют собой смесь карбидов Сr₂₃С₆, WC и VC. При этом карбиды вольфрама и ванадия являются труднодеформируемыми и крупными по размерам. В связи с этим после металлургического передела прутки из известной стали не отвечают техническим требованиям, касающимся карбидной фазы. В результате обработки прутков из известной стали положительные результаты составляют всего 50%. Кроме того, из-за повышенного уровня карбидной неоднородности известная сталь характеризуется высокой анизотропией пластических характеристик. Так, в состоянии поставки (после отжига) относительное сужение в поперечном направлении и ударная вязкость в три раза ниже, чем в направлении вдоль волокон. Таким образом, можно считать, что известная сталь обладает низкими технологическими свойствами и недостаточной пластичностью в поперечном направлении.Known steel as alloying elements contains a large number of carbide-forming elements such as chromium, tungsten and vanadium. In this regard, excess carbides are a mixture of carbides Cr ₂₃ C ₆ , WC and VC. At the same time, tungsten and vanadium carbides are difficult to deform and are large in size. In this regard, after metallurgical redistribution, bars of known steel do not meet the technical requirements regarding the carbide phase. As a result of processing bars of known steel, positive results make up only 50%. In addition, due to the increased level of carbide heterogeneity, known steel is characterized by high anisotropy of plastic characteristics. So, in the delivery state (after annealing), the relative narrowing in the transverse direction and the impact strength are three times lower than in the direction along the fibers. Thus, it can be considered that the known steel has low technological properties and insufficient ductility in the transverse direction.

В табл.1 приведен химический состав известной подшипниковой теплопрочной стали, принятой за прототип. Table 1 shows the chemical composition of the known bearing heat-resistant steel, adopted as a prototype.

Повысить характеристики комплекса требуемых положительных свойств известной стали не представляется возможным. It is not possible to improve the characteristics of the complex of the required positive properties of the known steel.

Поставлена задача разработать состав высокопрочной теплостойкой подшипниковой стали, которая бы обладала при высоких прочностных свойствах повышенными технологическими характеристиками, а именно пониженным уровнем карбидной неоднородности и более высокой пластичностью в поперечном направлении. The task is to develop a composition of high-strength heat-resistant bearing steel, which would have high technological properties with high strength properties, namely a reduced level of carbide inhomogeneity and higher ductility in the transverse direction.

Поставленная задача достигается тем, что в состав стали дополнительно введены кальций, иттрий и церий при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,70-0,80, кремний 0,05-0,40, марганец 0,05-0,4, хром 4,0-4,6, вольфрам 8,5-9,5 ванадий 1,40-1,70, церий 0,005-0,10, кальций 0,005-0,10, иттрий 0,005-0,1, железо - остальное. The task is achieved by the fact that calcium, yttrium and cerium are additionally introduced into the composition of the steel in the following ratio, wt.%: Carbon 0.70-0.80, silicon 0.05-0.40, manganese 0.05-0.4 , chromium 4.0-4.6, tungsten 8.5-9.5 vanadium 1.40-1.70, cerium 0.005-0.10, calcium 0.005-0.10, yttrium 0.005-0.1, iron - rest.

Примеры составов предлагаемой стали приведены в таблице 1. Examples of compositions of the proposed steel are shown in table 1.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является значительное уменьшение карбидной неоднородности, уменьшение величины максимального размера карбидов, снижение анизотропии пластических свойств и брака готового металла в состоянии поставки. При этом прочностные характеристики предлагаемой стали сохраняются на высоком уровне, присущем прототипу. The technical result of the invention is a significant reduction in carbide heterogeneity, a decrease in the maximum size of carbides, a decrease in the anisotropy of the plastic properties and the reject of the finished metal in the delivery state. In this case, the strength characteristics of the proposed steel remain at a high level inherent in the prototype.

Опытные партии слитков предлагаемых сталей выплавлялись в индукционных печах. Выплавка осуществлялась с применением электрошлакового переплава. В результате получали слитки диаметром 100 мм. Далее слитки подвергались горячей пластической деформации (ковке) с получением прутков диаметром 40 мм. После этого прутки отжигались и затем из них изготавливались образцы для определения прочностных и пластических свойств, а также состояния карбидной фазы. Experimental batches of the proposed steel ingots were smelted in induction furnaces. Smelting was carried out using electroslag remelting. As a result, ingots with a diameter of 100 mm were obtained. Further, the ingots were subjected to hot plastic deformation (forging) to obtain rods with a diameter of 40 mm. After this, the rods were annealed and then samples were made from them to determine the strength and plastic properties, as well as the state of the carbide phase.

Прочностные свойства (σ_в, HRC) определялись на образцах, упрочненных термической обработкой по следующему режиму: закалка 1220-1240^oС в горячее масло и 3-кратный отпуск при 570^oС. В этом же состоянии определялась карбидная неоднородность и максимальный размер карбидов. Характеристики пластичности (ψ₁,ψ₂) определяли на образцах, изготовленных из прутков в состоянии поставки (после отжига).Strength properties (σ _in , HRC) were determined on samples hardened by heat treatment according to the following regime: quenching 1220-1240 ^o С in hot oil and 3-fold tempering at 570 ^o С. In this state, carbide heterogeneity and maximum carbide size were determined. The ductility characteristics (ψ ₁ , ψ ₂ ) were determined on samples made from rods in the delivery state (after annealing).

Полученные результаты испытаний заявляемой стали приведены в таблице 2. The obtained test results of the inventive steel are shown in table 2.

Предлагаемая сталь в пределах содержания заявляемых в заявке на изобретение элементов обладает высоким комплексом механических и технологических свойств. При этом изменение химического состава стали в сторону понижения содержания легирующих элементов приводит к снижению прочностных свойств стали. Увеличение содержания легирующих элементов сопровождается увеличением карбидной неоднородности и максимального размера карбидов. The proposed steel within the content claimed in the application for the invention of the elements has a high range of mechanical and technological properties. In this case, a change in the chemical composition of steel towards a decrease in the content of alloying elements leads to a decrease in the strength properties of steel. An increase in the content of alloying elements is accompanied by an increase in carbide heterogeneity and the maximum size of carbides.

Определение комплекса свойств показало, что в пределах заявляемых количеств легирующих элементов предлагаемая сталь превышает свойства прототипа по пластическим характеристикам и технологическим свойствам. The determination of the set of properties showed that, within the claimed amounts of alloying elements, the proposed steel exceeds the properties of the prototype in terms of plastic characteristics and technological properties.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает новизной по сравнению с прототипом, имеет изобретательский уровень по сравнению с известным уровнем техники и является промышленно применимым, то есть отвечает признакам патентоспособности изобретения. Thus, the proposed solution has a novelty in comparison with the prototype, has an inventive step compared with the prior art and is industrially applicable, that is, meets the signs of patentability of the invention.

Claims

High-strength bearing steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, tungsten, vanadium and iron, characterized in that it additionally contains calcium, cerium and yttrium in the following ratio of ingredients, wt. %:
Carbon - 0.7-0.8
Silicon - 0.05-0.4
Manganese - 0.05-0.4
Chrome - 4.0-4.6
Tungsten - 8.5-9.5
Vanadium - 1.40-1.70
Cerium - 0.005-0.10
Calcium - 0.005-0.10
Yttrium - 0.005-0.10
Iron - Else