專利名稱：軸承工件的制作方法
技術領域：
總體而言，本發(fā)明涉及冶金領域，以及涉及軸承工件，例如由軸承鋼形成的軋制元 件或者環(huán)，該軸承鋼包括下貝氏體(lower bainite)作為主要相。
背景技術：
軸承是允許兩個部件之間受約束相對運動(constrained relative motion)的 裝置。軋制元件軸承包括內(nèi)軸承座圈和外軸承座圈以及許多置于其間的軋制元件(滾珠 或者滾柱)。對于長期可靠性和長期性能而言，重要的是各種元件具有高抗軋制疲勞性 (resistance to rolling fatigue)、高耐磨性和高耐蠕變性。傳統(tǒng)的制造金屬工件的技術包括熱軋或熱鍛以形成條、桿、管或環(huán)，隨后通過軟成 型方法得到所需的工件。表面硬化(surface hardening)方法是眾所周知的，并且用于局 部增加已完成工件的表面硬度，從而改善例如耐磨性和抗疲勞性。已知許多表面硬化方法 用于改善滾動觸點疲勞性。表面硬化(case-hardening)的備選方案是全硬化(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個工件中是均勻或基本均勻的。全硬化 工件的制造通常也比表面硬化工件的制造便宜，因為它們避免了例如與滲碳過程相關的復 雜的熱處理。對于全硬化軸承鋼工件，有兩種熱處理方法馬氏體硬化或等溫淬火。工件性 能，比如韌性、硬度、顯微組織、殘留奧氏體含量和尺寸穩(wěn)定性，是與所用具體類型的熱處理 相關或受其影響的。馬氏體全硬化工藝包括使鋼奧氏體化，然后在低于馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度時進行淬 火。之后鋼經(jīng)低溫回火以穩(wěn)定顯微組織。貝氏體全硬化工藝包括使鋼奧氏體化，然后在高于馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度時進行淬 火。淬火之后進行等溫貝氏體轉(zhuǎn)變。有時優(yōu)選在鋼中進行貝氏體全硬化而不是馬氏體全硬 化。這是因為貝氏體組織具有優(yōu)異的機械性能，比如韌性和抗裂紋擴展性。已知有很多常規(guī)熱處理方法用來實現(xiàn)馬氏體全硬化和貝氏體全硬化。WO 01/79568記載了一種生產(chǎn)軋制軸承部件的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種軸承工件(bearing component)，其由包含下列元素的鋼組合物 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％ 的錳，(d) 0.85 3 重量％ 的鉻，(e)任選的一種或多種以下元素 0 5重量％的鈷，
0 2重量％的鋁，0 0.6重量％的鉬，0 0.5重量％的鎳，0 0.2重量％的釩，0 0.1重量％的硫，0 0.1重量％的磷，和(f)余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。軸承工件由本文所述的合金形成，并且優(yōu)選包括下貝氏體作為主要相(通常為 至少60 %貝氏體，更通常為至少80 %貝氏體)或作為基本上唯一的相(即> 95 %貝氏 體)。貝氏體優(yōu)選通過在較低溫度(通常小于350°C，更通常為110 325°C)的轉(zhuǎn)變 (transformation)得到。低相變溫度的一個結(jié)果是貝氏體片(plates ofbainite)很薄。 特別地，材料優(yōu)選具有的顯微組織包括小于lOOnm、通常為10 50nm、更通常為20 40nm 的貝氏體片。貝氏體片中通常散布有殘留奧氏體。貝氏體通常形成至少60%的顯微組織， 更通常形成至少80%的顯微組織。該鋼優(yōu)選基本上不含碳化物。通常，顯微組織會包括小于5%的碳化物，更通常為 小于3%。該鋼通常具有的極限抗拉強度為2500MPa，硬度為600 670HV，韌性為大于30 40MPam1/2。顯微組織和所得到的機械性質(zhì)改善了軸承工件的滾動觸點疲勞性?，F(xiàn)在將進一步描述本發(fā)明。在以下的段落中將對本發(fā)明的不同方面進行詳細說 明。如此限定的各個方面可以和其他任何一個或多個方面進行組合，除非有清楚的相反指 示。具體地說，任何指明為優(yōu)選的或有利的特征可以和任何指明為優(yōu)選的或有利的一個或 多個特征進行組合。該鋼組合物優(yōu)選包含0. 7 1. 1重量％、更優(yōu)選0. 75 1. 05重量％的碳。與其 他的合金元素組合，這引起了所需的細貝氏體(下貝氏體)顯微組織。碳用于降低貝氏體
轉(zhuǎn)變溫度。該鋼組合物優(yōu)選包含0. 25 2重量％、更優(yōu)選0. 25 1重量％、尤其優(yōu)選0. 4 1重量％的硅。與其他的合金元素組合，這引起所需的無碳化物的細顯微組織(fine carbide-free microstructure)(或基本上無碳化物)。硅有助于抑制滲碳體的析出。然 而，太高的硅含量會引起不期望的表面氧化物和差的表面光潔度。為此原因，硅的最大含量 為2重量％，更優(yōu)選為1重量％。該鋼組合物優(yōu)選包含0. 25 1. 9重量％、更優(yōu)選0. 25 1. 8重量％、尤其優(yōu)選為 0. 25 1. 7重量％的錳。錳用于增加奧氏體相對于鐵素體的穩(wěn)定性。該鋼組合物優(yōu)選包含0. 95 2. 05重量％、更優(yōu)選0. 95 1. 5重量％、尤其優(yōu)選 0. 95 1. 4重量％、尤其更優(yōu)選為0. 95 1. 3重量％的鉻。鉻用于增加淬透性和減小貝氏 體開始轉(zhuǎn)變溫度。盡管鈷和鋁是任選的元素，但是優(yōu)選存在其中的一種元素或者兩種元素。相應地， 在優(yōu)選的實施方案中，鋼組合物包括以下元素中的一種或包含以下兩種元素0. 1 5重量％的鈷，和/或 0.1 2重量％的鋁。
更優(yōu)選地，該鋼組合物包括以下元素中的一種或包括以下兩種元素1 4重量％的鈷，和/或

0.5 2重量％的鋁。更優(yōu)選地，該鋼組合物包括以下元素中的一種或包括以下兩種元素1.8 4重量％的鈷，和/或1 2重量％的鋁。更優(yōu)選地，該鋼組合物包括以下元素中的一種或包括以下兩種元素2 4重量％的鈷，和/或1.2 2重量％的鋁。已發(fā)現(xiàn)鋁改善了軸承工件的固有韌性，這可能歸因于其抑制了碳化物的形成。已發(fā)現(xiàn)鈷改善了軸承工件的耐腐蝕性。這對于例如用于風輪機或船舶吊艙 (marine pod)的軸承工件是非常重要的。此類軸承會由于海水而受到污染，這會極大地減 小軸承的使用壽命。如果可以，合金優(yōu)選包含0.05 0.5重量％的鉬。鉬用于避免由雜質(zhì)(例如磷) 引起的奧氏體晶界的脆化。鉬也用于增加淬透性和減少貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度?？梢岳斫獾氖?，用于本發(fā)明軸承工件中的鋼可以含有不可避免的雜質(zhì)，雖然這些 雜質(zhì)總計不太可能超過組合物的0. 5重量％。優(yōu)選的是，合金含有的不可避免的雜質(zhì)的量 為不大于組合物的0.3重量％，更優(yōu)選的是，不大于組合物的0. 1重量％。磷含量和硫含量 優(yōu)選保持在最小量。本發(fā)明的合金基本上由所述元素組成。因此可以理解的是，除了這些必須具有的 元素，在組合物中還可以存在另外的沒有說明的元素，條件是它們的存在不會很大程度地 影響組合物的基本性質(zhì)。本發(fā)明的軸承工件由如下的鋼形成該鋼通常110 350°C的溫度轉(zhuǎn)變成貝氏體， 更通常在115 250°C的溫度轉(zhuǎn)變成貝氏體。完成貝氏體的形成的轉(zhuǎn)變時間為3小時至80 天，更通常是6小時至60天。轉(zhuǎn)變時間取決于轉(zhuǎn)變溫度溫度越低，時間越長。形成的貝氏 體量取決于轉(zhuǎn)變溫度溫度越低，形成的貝氏體越多。轉(zhuǎn)變溫度越高，殘留的奧氏體量會增 加。制造軸承工件鋼的工藝避免了快速冷卻，從而可以避免大型工件塊中的殘余應 力。為了加速轉(zhuǎn)變過程，已發(fā)現(xiàn)將鈷和/或鋁添加至鋼組合物是有利的。適合用于本發(fā)明的貝氏體鋼組合物的一些實例包括(余量為Fe)0.79重量％的碳，1.59重量％的硅，1.94重量％的錳，1.33重量％的鉻，0.3重量％的鉬，0. 11重量％的釩。0.98重量％的碳，1.46重量％的硅，
1· 89重量％的錳，1.26重量％的鉻，0.26重量％的鉬，0.09重量％的釩。0.83重量％的碳，1.57重量％的硅，1.98重量％的錳，1.02重量％的鉻，0.24重量％的鉬，1.54重量％的鈷。0.78重量％的碳，1.49重量％的硅，1.95重量％的錳，0.97重量％的鉻，0.24重量％的鉬，1.60重量％的鈷，0.99重量％的鋁。如有需要，通過進行任何常規(guī)的貝氏體轉(zhuǎn)變后的步驟改善各種機械性能。例如，在 一些情況中，通過進行貝氏體轉(zhuǎn)變后的形變步驟以及之后的回火改善屈服強度。軸承工件可以是軋制元件軸承的一部分，例如軸承內(nèi)環(huán)或外環(huán)，或滾珠元件或滾 柱元件。軸承工件也可以是直線軸承的一部分例如滾珠和滾柱螺桿。本發(fā)明也提供包括這 里所述的軸承工件的軸承。
權利要求
1.軸承工件，其由包含下列元素的鋼組合物形成 (a)0. 5 1.2重量％的碳，_· 15 2重量％的硅， (c)0. 25 2重量％的錳， _· 85 3重量％的鉻，(e)任選的一種或多種以下元素 0 5重量％的鈷、0 2重量％的鋁、 0 0.6重量％的鉬、 0 0.5重量％的鎳、 0 0.2重量％的釩、 0 0. 1重量％的硫、 0 0. 1重量％的磷，和(f)余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的軸承工件，其包含0.7 1. 1重量％的碳，優(yōu)選0. 75 1. 05重量％的碳。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的軸承工件，其包含0.25 2重量％的硅，優(yōu)選0. 25 1 重量％的硅，更優(yōu)選0. 5 1重量％的硅。
4.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含0.25 1. 9重量％的錳，優(yōu)選 0. 25 1.8重量％的錳，更優(yōu)選0. 25 1.7重量％的錳。
5.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含0.95 1. 5重量％的鉻，優(yōu)選 0. 95 1.4重量％的鉻，更優(yōu)選0. 95 1.3重量％的鉻。
6.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含以下元素中的一種或包含以下 兩種元素0. 1 5重量％的鈷，和/或 0. 1 2重量％的鋁。
7.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含以下元素中的一種或包含以下 兩種元素1 4重量％的鈷，和/或 0.5 2重量％的鋁。
8.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含以下元素中的一種或包含以下 兩種元素1.8 4重量％的鈷，和/或1 2重量％的鋁。
9.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含以下元素中的一種或包含以下 兩種元素2 4重量％的鈷，和/或 1.2 2重量％的鋁。
10.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含0.05 0. 5重量％的鉬。
11.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其包含0.05 0. 2重量％的釩。
12.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其中所述鋼組合物的顯微組織包括 貝氏體作為主要相或基本上唯一的相。
13.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其中所述鋼的顯微組織基本上為不 含碳化物。
14.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其中所述鋼的顯微組織包括厚度小 于IOOnm的貝氏體片。
15.根據(jù)權利要求14所述的軸承工件，其中所述貝氏體片中散布有奧氏體。
16.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的軸承工件，其為軋制元件、內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的至少一種。
17.包括上述權利要求中任一項所述的軸承工件的軸承。
全文摘要
本發(fā)明提供一種軸承工件，其由包含下列元素的鋼組合物形成(a)0.5～1.2重量％的碳，(b)0.15～2重量％的硅，(c)0.25～2重量％的錳，(d)0.85～3重量％的鉻，(e)任選的一種或多種以下元素0～5重量％的鈷、0～2重量％的鋁、0～0.6重量％的鉬、0～0.5重量％的鎳、0～0.2重量％的釩、0～0.1重量％的硫、0～0.1重量％的磷，和(f)余量為鐵以及不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號C21D9/40GK102046828SQ200980119004
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權日2008年3月25日
發(fā)明者默罕麥德·謝里夫 申請人:Skf公司