[go: up one dir, main page]

RU2447183C1 - Heat-resistant bearing steel - Google Patents

Heat-resistant bearing steel Download PDF

Info

Publication number
RU2447183C1
RU2447183C1 RU2011112950/02A RU2011112950A RU2447183C1 RU 2447183 C1 RU2447183 C1 RU 2447183C1 RU 2011112950/02 A RU2011112950/02 A RU 2011112950/02A RU 2011112950 A RU2011112950 A RU 2011112950A RU 2447183 C1 RU2447183 C1 RU 2447183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
heat
molybdenum
vanadium
manganese
Prior art date
Application number
RU2011112950/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов (RU)
Евгений Николаевич Каблов
Андрей Борисович Шалькевич (RU)
Андрей Борисович Шалькевич
Игорь Павлович Банас (RU)
Игорь Павлович Банас
Валерий Игоревич Громов (RU)
Валерий Игоревич Громов
Александра Николаевна Уткина (RU)
Александра Николаевна Уткина
Елена Николаевна Коробова (RU)
Елена Николаевна Коробова
Алла Андреевна Верещагина (RU)
Алла Андреевна Верещагина
Олег Владимирович Седов (RU)
Олег Владимирович Седов
Original Assignee
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2011112950/02A priority Critical patent/RU2447183C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2447183C1 publication Critical patent/RU2447183C1/en

Links

Landscapes

  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: proposed steel comprises carbon, silicon, manganese, nickel, molybdenum, vanadium, nitrogen, sulfur and iron at the following ratio in wt %: carbon - 0.8 - 1.1, silicon - 0.3 - 0.5, manganese - 0.1 - 0.4, chromium - 4.5 - 5.5, tungsten - 1-1.5, nickel - 0.15 0.4, molybdenum - 3.0 - 3.5, vanadium - 0.5 - 1.0, niobium - 0.1-0.3, tantalum - 0.05-0.15, iron making the rest.
EFFECT: higher fatigue strength, flexural strength, impact number and structural uniformity.
2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию теплостойких сталей для подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых, например, для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и редукторов вертолетов.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the creation of heat-resistant steels for bearings operating at temperatures up to 500 ° C and used, for example, for aircraft gas turbine engines (GTE) and helicopter gearboxes.

Известна теплостойкая подшипниковая сталь марки 8Х4М4В2Ф1Ш следующего химического состава, мас.%:Known heat-resistant bearing steel grade 8X4M4V2F1Sh of the following chemical composition, wt.%:

углеродcarbon 0,75-0,850.75-0.85 марганецmanganese ≤0,40≤0.40 кремнийsilicon ≤0,40≤0.40 хромchromium 3,9-4,43.9-4.4 вольфрамtungsten 1,5-2,01.5-2.0 ванадийvanadium 0,9-1,20.9-1.2 молибденmolybdenum 3,9-4,43.9-4.4 никельnickel не более 0,35no more than 0,35 железоiron остальноеrest

А.Г.Спектор, Б.М.Зельбет, С.А.Киселева. Структура и свойства подшипниковых сталей. М.: Металлургия, 1980, с.16.A.G. Spector, B.M. Zelbet, S.A. Kiseleva. The structure and properties of bearing steels. M .: Metallurgy, 1980, p.16.

Недостатком известной стали является повышенное обезуглероживание при температурах горячей деформации, отжига и закалки и повышенная чувствительность к окислению, а также нестабильность значений по ударной вязкости.A disadvantage of the known steel is the increased decarburization at hot deformation, annealing and hardening temperatures and increased sensitivity to oxidation, as well as the instability of the impact strength.

Известна также теплостойкая подшипниковая сталь марки М50 следующего химического состава, мас.%:Also known heat-resistant bearing steel grade M50 of the following chemical composition, wt.%:

углеродcarbon 0,77-0,850.77-0.85 марганецmanganese ≤0,35≤0.35 кремнийsilicon ≤0,25≤0.25 хромchromium 3,75-4,253.75-4.25 ванадийvanadium 0,9-1,100.9-1.10 молибденmolybdenum 4,0-4,504.0-4.50 железоiron остальноеrest

А.Г.Спектор, Б.М.Зельбет, С.А.Киселева. Структура и свойства подшипниковых сталей. М.: Металлургия, 1980, с.16.A.G. Spector, B.M. Zelbet, S.A. Kiseleva. The structure and properties of bearing steels. M .: Metallurgy, 1980, p.16.

Недостатком стали является низкая теплостойкость при длительных нагревах до 500°C. Сталь склонна к росту зерна, обладает недостаточной ударной вязкостью и чувствительна к обезуглероживанию и окислению.The disadvantage of steel is low heat resistance during prolonged heating up to 500 ° C. Steel is prone to grain growth, has insufficient toughness and is sensitive to decarburization and oxidation.

Известна низкоуглеродистая цементуемая сталь для крупногабаритных подшипников следующего химического состава, мас.%:Known low-carbon masonry steel for large bearings of the following chemical composition, wt.%:

углеродcarbon 0,1-0,30.1-0.3 марганецmanganese 0,2-1,00.2-1.0 кремнийsilicon 0,2-0,60.2-0.6 хромchromium не более 1,2no more than 1,2 ванадийvanadium 0,25-0,850.25-0.85 молибденmolybdenum 4-64-6 никельnickel 2,5-3,52.5-3.5 железоiron остальное (Патент США №4004952)the rest (US Patent No. 4004952)

Увеличение содержания молибдена в известной стали до 6% способствует формированию насыщенной карбидной зоны на поверхности, препятствующей диффузии углерода вглубь слоя и понижающей ее статическую прочность при изгибе и усталостную прочность.An increase in the molybdenum content in known steel up to 6% contributes to the formation of a saturated carbide zone on the surface, which prevents the diffusion of carbon deeper into the layer and reduces its static bending strength and fatigue strength.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является теплостойкая подшипниковая сталь следующего химического состава, мас.%:The closest analogue taken as a prototype is heat-resistant bearing steel of the following chemical composition, wt.%:

углеродcarbon 0,7-0,80.7-0.8 марганецmanganese 0,05-0,40.05-0.4 кремнийsilicon 0,05-0,40.05-0.4 хромchromium 4,0-4,64.0-4.6 вольфрамtungsten 8,5-9,58.5-9.5 ванадийvanadium 1,40-1,701.40-1.70 церийcerium 0,005-0,100.005-0.10 кальцийcalcium 0,005-0,100.005-0.10 иттрийyttrium 0,005-0,100.005-0.10 железоiron остальное (Патент РФ №2185458)the rest (RF Patent No. 2185458)

Микролегирование стали неоптимально вследствие присутствия повышенного количества вольфрама, способствующего увеличению количества карбида M6C, который при замедленном охлаждении сильно коагулирует, и в результате образуются крупные карбиды, имеющие угловатую или квадратную форму. Такие карбиды, в отличие от обычных более мелких и округлых, меньше задерживают рост зерна при нагреве под закалку, и закаленная сталь оказывается более крупнозернистой, что ведет к снижению статической прочности при изгибе, усталостной прочности, ударной вязкости и повышению уровня карбидной неоднородности по ГОСТ 19265. Карбидная неоднородность способствует выкрашиванию рабочей поверхности подшипников.Microalloying of steel is not optimal due to the presence of an increased amount of tungsten, which contributes to an increase in the amount of M 6 C carbide, which coagulates strongly during slow cooling, and as a result, large carbides with an angular or square shape are formed. Such carbides, unlike ordinary smaller and rounded ones, inhibit grain growth less when heated for hardening, and the hardened steel turns out to be coarser-grained, which leads to a decrease in static bending strength, fatigue strength, impact strength and an increase in the level of carbide inhomogeneity according to GOST 19265 Carbide heterogeneity contributes to the chipping of the working surface of the bearings.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание теплостойкой подшипниковой стали, работающей до 500°C, обладающей повышенными характеристиками усталостной прочности, статической прочности при изгибе, высокой однородностью структуры с мелким зерном и значительно более мелкими карбидами, обеспечивающими высокие значения ударной вязкости.The technical task of the invention is the creation of heat-resistant bearing steel, operating up to 500 ° C, with improved characteristics of fatigue strength, static bending strength, high uniformity of the structure with fine grain and significantly finer carbides, providing high values of impact strength.

Для решения поставленной задачи предлагается теплостойкая подшипниковая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий, железо, которая дополнительно содержит молибден, никель, ниобий и тантал при следующем соотношении компонентов, мас.%:To solve this problem, we propose a heat-resistant bearing steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, tungsten, vanadium, iron, which additionally contains molybdenum, nickel, niobium and tantalum in the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,8-1,10.8-1.1 марганецmanganese 0,1-0,40.1-0.4 кремнийsilicon 0,3-0,50.3-0.5 хромchromium 4,5-5,54,5-5,5 вольфрамtungsten 1-1,51-1.5 ванадийvanadium 0,5-1,00.5-1.0 молибденmolybdenum 3-3,53-3.5 никельnickel 0,15-0,40.15-0.4 ниобийniobium 0,1-0,30.1-0.3 танталtantalum 0,05-0,150.05-0.15 железоiron остальноеrest

Легирование стали молибденом при заявленном содержании вольфрама позволило получить значительно меньшую карбидную неоднородность и более высокие значения усталостной прочности, статической прочности при изгибе, ударной вязкости. Дополнительное легирование стали никелем позволило повысить вязкость α-матрицы, что также способствовало повышению ударной вязкости.Alloying steel with molybdenum at the stated tungsten content made it possible to obtain significantly lower carbide heterogeneity and higher values of fatigue strength, static bending strength, and impact strength. Additional alloying with nickel made it possible to increase the viscosity of the α matrix, which also contributed to an increase in impact strength.

Введение ниобия и тантала позволило получить очень устойчивые карбиды (NbC, Tac), которые практически не растворимы в аустените, задерживающие рост зерна при нагреве под закалку. Измельчение зерна способствует повышению ударной вязкости и упрочнению.The introduction of niobium and tantalum made it possible to obtain very stable carbides (NbC, Tac), which are practically insoluble in austenite, delaying grain growth upon heating under quenching. Grinding grain improves toughness and hardening.

Таким образом, снижение количества вольфрама, легирование молибденом, никелем, а также микролегирование ниобием и танталом при заявленном содержании и соотношении компонентов повышают механические свойства теплостойкой подшипниковой стали.Thus, reducing the amount of tungsten, alloying with molybdenum, nickel, as well as microalloying with niobium and tantalum with the declared content and ratio of components increase the mechanical properties of heat-resistant bearing steel.

Примеры осуществленияExamples of implementation

В опытных лабораторных условиях проводили опробование предлагаемой стали (примеры 1-3), выплавленной в вакуумно-индукционной печи с применением электрошлакового переплава. Химический состав и механические свойства предлагаемой стали и стали-прототипа (пример 4) приведены в таблицах 1, 2.In experimental laboratory conditions, the proposed steel was tested (examples 1-3), smelted in a vacuum induction furnace using electroslag remelting. The chemical composition and mechanical properties of the proposed steel and steel prototype (example 4) are shown in tables 1, 2.

Слитки предлагаемой стали подвергали горячей пластической деформации (ковке) с получением прутков различного сечения. После отжига из прутков изготавливали образцы для определения механических свойств. На образцах после закалки и отпусков дисперсионного твердения обеспечивалась твердость 60-65 HRC. Сталь-прототип после термической обработки обладала твердостью 59-63 HRC.The ingots of the proposed steel were subjected to hot plastic deformation (forging) to produce bars of various sections. After annealing, samples were made from rods to determine the mechanical properties. On the samples after quenching and tempering of the precipitation hardening, a hardness of 60-65 HRC was provided. The steel prototype after heat treatment had a hardness of 59-63 HRC.

Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь превосходит сталь-прототип по статической прочности при изгибе ~ на 15%, ударной вязкости ~ в 2,5-3 раза, усталостной прочности ~ на 15%.As can be seen from table 2, the proposed steel surpasses the prototype steel in static bending strength ~ 15%, impact strength ~ 2.5-3 times, fatigue strength ~ 15%.

Карбидная неоднородность предлагаемой стали составляет 1 балл вместо 4 согласно прототипу, а размер карбидов 10 мкм вместо 20 мкм.The carbide heterogeneity of the proposed steel is 1 point instead of 4 according to the prototype, and the carbide size is 10 μm instead of 20 μm.

Предлагаемая сталь технологична в производстве. Возможность изготовления подшипников путем прокатки из трубной заготовки вместо ковки снижает трудоемкость на 25-30%.The proposed steel is technologically advanced in production. The ability to manufacture bearings by rolling from a tube billet instead of forging reduces labor intensity by 25-30%.

Применение теплостойкой подшипниковой стали позволит повысить надежность и ресурс работы ГТД.The use of heat-resistant bearing steel will improve the reliability and service life of gas turbine engines.

Таблица №1Table number 1 № сталиSteel number Содержание элементов, (мас.%)The content of elements (wt.%) CC MnMn SiSi CrCr WW VV МоMo NiNi NbNb TaTa CeCe СаSa YY FeFe 1one 0,80.8 одod 0,30.3 4,54,5 1,01,0 0,50.5 3,03.0 0,150.15 0,10.1 0,050.05 -- -- -- остальноеrest 22 0,90.9 0,30.3 0,40.4 5,05,0 1,31.3 0,80.8 3,23.2 0,30.3 0,20.2 0,100.10 -- -- -- -//-- // - 33 1,11,1 0,40.4 0,50.5 5,55.5 1,51,5 1,01,0 3,53,5 0,40.4 0,30.3 0,150.15 -- -- -- -//-- // - прототипprototype 0,70.7 0,20.2 0,20.2 4,34.3 9,09.0 1,51,5 -- -- -- -- 0,10.1 0,10.1 0,10.1 -//-- // -

Таблица №2Table number 2 № п/пNo. p / p Механические свойстваMechanical properties Балл карбидной неоднородностиCarbide heterogeneity score Размер карбидов, мкмThe size of carbides, microns Величина зерна, баллGrain size, point Статическая прочность при изгибе σвизг, МПаStatic bending strength σ in mfd, MPa Ударная вязкость КС, Дж/см2 Impact strength KS, J / cm 2 Усталостная прочность σ-1 на базе 2×107 циклов, МПаFatigue strength σ -1 based on 2 × 10 7 cycles, MPa прототипprototype 21002100 22 700700 4four 20twenty 55 1one 24002400 55 800800 1one 1010 99 22 25002500 55 820820 1one 1010 1010 33 26002600 66 850850 1one 1010 1010

Claims (1)

Теплостойкая подшипниковая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, никель, ниобий и тантал при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,8-1,1 марганец 0,1-0,4 кремний 0,3-0,5 хром 4,5-5,5 вольфрам 1,0-1,5 ванадий 0,5-1,0 молибден 3,0-3,5 никель 0,15-0,4 ниобий 0,1-0,3 тантал 0,05-0,15 железо остальное
Heat-resistant bearing steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, tungsten, vanadium and iron, characterized in that it additionally contains molybdenum, nickel, niobium and tantalum in the following ratio, wt.%:
carbon 0.8-1.1 manganese 0.1-0.4 silicon 0.3-0.5 chromium 4,5-5,5 tungsten 1.0-1.5 vanadium 0.5-1.0 molybdenum 3.0-3.5 nickel 0.15-0.4 niobium 0.1-0.3 tantalum 0.05-0.15 iron rest
RU2011112950/02A 2011-04-05 2011-04-05 Heat-resistant bearing steel RU2447183C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112950/02A RU2447183C1 (en) 2011-04-05 2011-04-05 Heat-resistant bearing steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112950/02A RU2447183C1 (en) 2011-04-05 2011-04-05 Heat-resistant bearing steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2447183C1 true RU2447183C1 (en) 2012-04-10

Family

ID=46031679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011112950/02A RU2447183C1 (en) 2011-04-05 2011-04-05 Heat-resistant bearing steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2447183C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569435C1 (en) * 2014-08-25 2015-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Heat-resistant bearing steel

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU152480A1 (en) *
RU2185458C1 (en) * 2000-11-10 2002-07-20 Открытое акционерное общество "ВНИПП" High-strength bearing steel

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU152480A1 (en) *
RU2185458C1 (en) * 2000-11-10 2002-07-20 Открытое акционерное общество "ВНИПП" High-strength bearing steel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569435C1 (en) * 2014-08-25 2015-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Heat-resistant bearing steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2392348C2 (en) Corrosion-proof high-strength non-magnetic steel and method of thermal deformation processing of such steel
JP3817105B2 (en) High strength steel with excellent fatigue characteristics and method for producing the same
JP5123335B2 (en) Crankshaft and manufacturing method thereof
JP6089131B2 (en) High carbon cold rolled steel sheet and method for producing the same
JP6794012B2 (en) Mechanical structural steel with excellent grain coarsening resistance, bending fatigue resistance, and impact resistance
CN109563579A (en) Steel for high-frequency quenching
CN109477180A (en) Steel for induction hardening
KR101654684B1 (en) Mooring chain steels with high strength and high impact toughness at low temperature and method for manufacturing the same
RU2442830C1 (en) Method for production of high-strength steel products
JP6536673B2 (en) Method of manufacturing parts using age-hardening steel and age-hardening steel
JP6720643B2 (en) Carburized parts
JP3804041B2 (en) High temperature carburizing steel with excellent high temperature carburizing properties and hot forged parts for high temperature carburizing
CN105220073B (en) Hot-rolled strip steel for rake blades, production method and rake blade treatment method
RU2447183C1 (en) Heat-resistant bearing steel
JP6477904B2 (en) Crankshaft rough profile, nitrided crankshaft, and method of manufacturing the same
CN107429345A (en) The manufacture method of cold-working tool materials and cold-working instrument
JP4283405B2 (en) Martensitic stainless steel for disc brakes
JP6205960B2 (en) Steel for bearing
RU2348735C2 (en) Wheeled steel
JP7063420B1 (en) Manufacturing method of wear-resistant steel sheet and wear-resistant steel sheet
RU2349675C2 (en) Wheel steel
KR101713677B1 (en) Steel for high nitrogen air hardened bearing with high performance on rolling contact fatigue and method producing the same
RU2569435C1 (en) Heat-resistant bearing steel
RU2462532C1 (en) Steel with structure of low-carbon martensite
RU2806682C1 (en) High strength corrosion resistant nitrogen containing martensitic-austenitic-ferritic steel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130406

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150727

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170130