[发明专利]一种高性能的轴承钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于轴承钢及其冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种高性能的轴承钢及其生产方法。

背景技术

轴承作为机械设备基础零件之一，其质量直接决定了其所装备的机械设备可靠性的高低、精度的大小、性能的好坏以及使用寿命的长短。由于轴承的工作特点是承受交变载荷和高的耐磨性，因此要求轴承钢应具备高而均匀的硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度，还必须具备适当的韧性、一定的淬透性并在润滑剂中耐腐蚀性能。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。

轴承钢凝固时会产生碳与合金元素的偏析，特别是在树枝晶之间最后剩余的残液内，碳元素的富集程度很高，铬元素的富集程度也很高，其铬含量为一般钢中平均铬含量的10倍左右，这样就达到共晶浓度，它将以共晶方式形成大块的共晶碳化物存在于基体中，即液析碳化物。所谓液析碳化物是指非平衡结晶时，由钢液析出的共晶碳化物。它在钢锭或钢材中的组织特征是呈现粗大连续的块状，在轴承钢中是(Fe,Cr)₃C、(Fe,Cr)₇C₃，其中(Fe,Cr)₃C中ω(Cr)可达20%左右，(Fe,Cr)₇C₃中ω(Cr)可达30%之多。液析碳化物在轧制后破碎，沿轧制方向呈小块碳化物形态。液析碳化物具有很高的脆性和硬度，使轴承钢零件在热处理时容易产生淬火裂纹。

通过对目前钢铁厂生产的GCr15轴承钢铸坯工艺的分析得知：1）碳的偏析较严重，铬也存在一定的偏析，偏析使得碳化物液析相对比较严重；2）D类环状氧化物夹杂比较显著。由于生产工艺不足，使得轴承钢在热处理时容易产生淬火裂纹，轴承在使用中液析碳化物容易脱落，促使轴承疲劳和磨损破坏，使轴承的耐磨性和疲劳强度下降。

另外，中国专利号ZL201110341954.5，授权公告日为2013年6月12日，发明创造名称为：一种氮钒铌高碳铬轴承钢，该发明公开了所述氮钒铌高碳铬轴承钢是在普通高碳铬轴承钢成分基础上，添加了重量百分比如下的物质N0.012-0.4%、V0.02-0.20%，Nb0.02-0.20%，通过在冶炼过程中加入N、V、Nb合金及加压吹N的方式加入N、V、Nb，通过形成VN，NbN等化合物，利用其弥散项达到细化晶粒和起钉扎作用，来提高材料淬火后强度、显微硬度和断裂韧性。该申请案的虽然提高了轴承钢的耐磨性，但其生产成本也相应提高，使得产品难以生存；而且由于该申请案中氮含量较高，钢的硬度、强度固然提高，但是塑性和韧性降低，特别是在形变时效的情况下，塑性和韧性的降低比较显著。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明在于克服现有技术中，轴承钢在热处理时容易产生淬火裂纹，轴承在使用中液析碳化物容易脱落，使轴承的耐磨性和疲劳强度较差，造成轴承钢性能差的不足，提供一种高性能的轴承钢及其生产方法，本发明通过化学成分设计与配比精确控制以及电弧炉、LF精炼工艺、VD精炼工艺和连铸工艺的全流程控制，从而控制裂纹产生，轴承钢耐磨性和疲劳强度提高，具有较高使用性能。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高性能的轴承钢，其各组分的质量百分比为C：0.98-1.02%、Mn：0.28-0.40%、Si：0.20-0.30%、Cr：1.42-1.50%、Mo≤0.10%、P≤0.010%、S≤0.010%、Cu≤0.20%、Ni≤0.32%、Ti≤0.0040%、Ni+Cu≤0.50%，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法，其步骤为：

步骤一、超高功率电弧炉冶炼，其中：

a）超高功率电弧炉冶炼的配料采用废钢加铁水的搭配模式，其中铁水的加入量占配料质量百分比40%以上，该废钢中的Mn、Si质量百分比为：Mn≤2.5%、Si≤1.2%；该铁水中各组分的质量百分比为C：2.3-2.8%、Cr：0.08-0.12%、Si：0.8-1.1%、Mn：0.20-0.35%、P≤0.15%、S≤0.05%、Ni≤0.40%、Cu≤0.20%，其余为铁和不可避免的杂质；

b）在冶炼过程中加入的合金和原辅材料都经过干燥或烘烤后使用，其中：石灰的存放时间不超过12h，运输时采用容器密封，使用前将石灰在695～705℃的温度下烘烤2h以上；还原期增碳使用S、P质量百分含量均小于0.05%的无锈生铁；