[发明专利]一种适用于冷挤压滚珠丝母用钢及其生产方法

说明书

本发明涉及一种适用于冷挤压滚珠丝母用钢及其生产方法，属于铁基合金冶金领域。钢的规格为φ20‑120mm的棒材，交货态全截面硬度满足130‑160HBW，全截面显微组织为球状渗碳体+铁素体组织，奥氏体晶粒度≥6级；采用GB/T 228对钢材进行拉伸检测，满足抗拉强度Rm≥700MPa、断后伸长率A≥14％、断面收缩率Z≥35％；采用JIS G 0561法检验末端淬透性，满足J13mm硬度范围24～32HRC。生产流程为初炼—精炼—真空脱气—连铸—连铸坯开方成中间坯(方坯)—中间坯加热轧制成材—精整—球化退火—车皮—打件入库。本发明钢材经过后续冷挤压和表面渗碳淬火+回火热处理后加工的滚珠丝母成品，既能够保证表面具有足够的硬度和耐磨性，同时产品心部具备一定的韧性，能够显著延长产品的使用寿命。

技术领域

本发明涉及棒材合金钢技术领域，尤其涉及一种可应用于冷挤压加工滚珠丝母的钢及其生产方法。

背景技术

滚珠丝杠副是“直线运动系统”不可或缺的机械要素零件，通过滚珠丝杠和丝母之间滚动来实现动力的传递和运动模式的转换，实现了曾被认为极其困难的机械直线运动部的“滚动化”，广泛应用于数控机床、工业机器人、核工业、航空、航天等领域。服役条件为强冲击、高磨损和超高转速等，其结构特点和工作条件要求零件必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、良好的韧性、尺寸稳定性、耐腐蚀和冷热加工性能。滚珠丝杠副通常是由丝杠、滚珠、丝母及滚珠循环返回装置四个部分组成。

根据滚珠丝母的使用条件，对滚珠丝母的原材料钢材也提出很高要求，滚珠丝母用钢必须具备下列性能：高的强度和韧性，并且具备足够的耐磨性。此外，由于用户需要对材料进行热处理，因此，钢材还需具备一定的淬透性。此外，钢中的非金属夹杂物破坏了金属的连续性和均匀性。根据滚珠丝母的使用条件，在交变应力的作用下，夹杂物易于引起应力集中，成为疲劳裂纹源，容易形成裂纹，降低使用寿命。为提高最终产品的使用寿命，必须提高钢材纯净度，尽可能降低钢中非金属夹杂物。

但在滚珠丝母用钢材的材料选用方面，国内很多生产厂家照搬轴承行业的经验，原材料还是采用GCr15、GCr15SiMn，一般采用球化退火状态交付，其使用的是整体预处理后车削成型再整体淬火工艺，但是经过多年实践证明：这类轴承钢仅仅能勉强满足接触刚度的性能要求，其与轴承有很大差别。例如HRC60的硬化层深度、梯度以及在全行程范围的均匀度很难控制，淬火后轴向、径向伸缩变形难于控制等缺陷，且心部的韧性很难达到高载荷和高疲劳寿命的要求。与之相比球化退火后冷挤压再渗碳淬火工艺生产的滚珠丝母，表面具有高硬度、高强度和耐磨性的同时心部具有良好的韧性，尺寸稳定性好，超过了滚珠丝母的使用要求。

发明内容

本发明的目的是开发一种滚珠丝母用钢及其生产方法，可以用于冷挤压成型再渗碳淬火的方式生产滚珠丝母。满足滚珠丝母用钢材的强度、耐磨性、心部高强韧度的要求。

本申请钢的规格为φ20-120mm的棒材，交货态全截面硬度满足130-160HBW，全截面显微组织为球状渗碳体+铁素体组织，奥氏体晶粒度≥6级(7级以上)；采用GB/T 228对钢材进行拉伸检测，满足抗拉强度Rm≥700MPa、断后伸长率A≥14％、断面收缩率Z≥35％；采用JIS G 0561法检验末端淬透性，满足J13mm硬度范围24～32HRC。

钢的非金属夹杂物按GB/T 10561中A法评级，满足A类细系≤1.5；A类粗系≤ 1.0；B类细系≤1.0；B类粗系≤0.5；C类细系＝0；C类粗系＝0；D类细系≤1.0；D 类粗系≤0.5；Ds类≤1.0。采用SEP 1927水浸高频探伤检测，缺陷长度不超过5mm；采用ASTM E381对钢材低倍组织评级，满足C≤2.0级、R≤2.0级、S≤2.0级。