根據(jù)35 U.S.C.§119，本申請(qǐng)要求2015年6月22日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No.10-2015-0088341的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容以參考方式包括進(jìn)本申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于具有改進(jìn)疲勞耐久性軸承的鋼成分及其制造方法。具體地，鋼成分可包含球化的復(fù)合碳化物以提供基本改進(jìn)的硬度、強(qiáng)度、和韌性，以及改進(jìn)的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

背景技術(shù)：

最近，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)在全球興起，因此已經(jīng)尋求依照包括所有工業(yè)的這樣的問(wèn)題而減少燃料的方法。具體地，為了降低燃料消耗，車輛工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)提議改進(jìn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率和減少車輛的重量。例如，通過(guò)減少車輛的重量可增加車輛的燃料效率。然而，當(dāng)減少車輛的重量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題因?yàn)檐囕v所需要的強(qiáng)度和耐久性不能得到滿足。所以，車輛工業(yè)的最大目標(biāo)是解決這個(gè)問(wèn)題。

因此，在環(huán)境友好的趨勢(shì)下，在車輛工業(yè)中，具有基于歐洲法規(guī)到2021年將二氧化碳的排放量減少到95g/km即當(dāng)前其排放量的27％的目標(biāo)的各種環(huán)境友好型車輛已經(jīng)被開(kāi)發(fā)。進(jìn)一步，為了滿足在美國(guó)到2025年公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性(CAFE)的規(guī)定值的54.5mpg(23.1km/l)，車輛制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)技術(shù)以減小尺寸和改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性。

通常，隨著部件數(shù)量的增加或額外部件重量的增加，應(yīng)減少用于這些部件材料的重量。在這種情況下，作為重量減少方法，用于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的材料或硬化材料表面的熱處理技術(shù)已經(jīng)被頻繁使用。進(jìn)一步，隨著部件形狀復(fù)雜化，精密連接、低變形焊接、和低變形熱處理技術(shù)已經(jīng)被使用。除此之外，作為用于減少噪音的技術(shù)，減小由于熱處理 引起的變形的技術(shù)和用于減少噪音和去除灰塵的技術(shù)已經(jīng)被使用。

具體地，用于使車輛燃料經(jīng)濟(jì)性最大化的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的高性能和高效率技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，且該技術(shù)可包括齒輪數(shù)量的增加、新概念啟動(dòng)裝置、高效率雙泵系統(tǒng)、融合的混合技術(shù)、涉及自動(dòng)/手動(dòng)融合變速器與混合變速器的技術(shù)等。

在涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器這樣的技術(shù)中使用的合金鋼已經(jīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)部件、手動(dòng)或自動(dòng)變速器的底盤框架、內(nèi)齒圈、齒輪、軸、同步器轂等中被使用，且在發(fā)動(dòng)機(jī)中可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)重量相當(dāng)于約32％到40％使用這種合金鋼發(fā)動(dòng)機(jī)以及在變速器中可以基于變速器重量相當(dāng)于約58wt％到62wt％使用合金鋼。具體地，作為變速器部件例如，齒輪或軸的材料，開(kāi)發(fā)高度強(qiáng)化和高耐久性材料已經(jīng)隨著對(duì)減少重量和精簡(jiǎn)的需求被持續(xù)需要。然而，針對(duì)部件小型化、減小部件尺寸或改進(jìn)燃料效率的技術(shù)還有問(wèn)題。例如，當(dāng)施加到發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的負(fù)載增加時(shí)，由于燃燒、摩擦、磨損等，部件的質(zhì)量可被降低且耐久性壽命可被減少。另外，由于部件剛度的增加和耐久性材料的缺乏，可發(fā)生表面損傷，且當(dāng)合金鋼在沒(méi)有潤(rùn)滑劑的情況使用時(shí)，可增加表面溫度，從而在高溫下或在需要大量旋轉(zhuǎn)的環(huán)境中硬度可被降低。

因此，在相關(guān)領(lǐng)域中軸承鋼的耐久性需要被加強(qiáng)。

通常，車輛變速器的齒輪是執(zhí)行將發(fā)動(dòng)機(jī)功率到直接傳遞差動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)且在兩個(gè)或更多軸之間傳遞旋轉(zhuǎn)或功率的作用的部件，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)功率適應(yīng)車輛的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。此外，變速器的齒輪同時(shí)接收彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力。在齒輪中，當(dāng)耐久性材料不足時(shí)，由于缺乏彎曲疲勞強(qiáng)度導(dǎo)致的疲勞損壞(齒破損)和由于缺乏接觸疲勞強(qiáng)度導(dǎo)致的疲勞損傷(凹陷)可頻繁發(fā)生。因此，在齒輪中，需要諸如高硬度、強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的物理性能。

在相關(guān)領(lǐng)域中，常規(guī)軸承鋼，例如包括作為主要成分的鐵(Fe)、1.00wt％的碳(C)、0.27wt％的硅(Si)、0.38wt％的錳(Mn)、0.012wt％的磷(P)、0.005wt％的硫(S)、1.46wt％的銅(Cu)、0.05wt％的鎳(Ni)、1.46wt％的鉻(Cr)、0.02wt％的鉬(Mo)、0.017wt％的鋁(Al)、0.0035wt％的氮(N)、及0.0006wt％的氧(O)的SUJ2已 經(jīng)被典型地使用。然而，這種鋼在耐久性方面有問(wèn)題從而在表面損傷(剝落)中有問(wèn)題且小齒輪軸的銷磨損是嚴(yán)重的。

因此，本發(fā)明人已經(jīng)試圖開(kāi)發(fā)用于具有改進(jìn)物理性能例如硬度、強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、及疲勞壽命的軸承和軸承鋼的鋼組合物，及其制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在優(yōu)選方面，本發(fā)明提供用于軸承的鋼組合物及其制造方法。鋼組合物可包含作為主要成分的鐵(Fe)、碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鋁(Al)、氮(N)、氧(O)、及釩(V)以改進(jìn)物理性能例如硬度、強(qiáng)度、和韌性從而改進(jìn)耐久性、疲勞強(qiáng)度、和疲勞壽命。

本發(fā)明的示例性實(shí)施方式提供用于軸承的鋼組合物，其包含：約0.08wt％到1.0wt％量的碳(C)、約0.9wt％到1.6wt％量的硅(Si)、大于0wt％且為約0.03wt％或更少量的磷(P)、大于0wt％且為約0.01wt％或更少量的硫(S)、約0.01wt％到0.1wt％量的銅(Cu)、約0.01wt％到0.06wt％量的鋁(Al)、大于0wt％且為約0.006wt％或更少量的氮(N)、大于0wt％且為約0.001wt％或更少量的氧(O)；和平衡鋼組合物重量的鐵(Fe)，所有的wt％都基于鋼組合物的總重量。

應(yīng)該理解本文所指的所有的重量％(wt％)都是基于鋼或合金鋼的總重量，除非另有表示。

此外，本發(fā)明的鋼組合物還可包含錳(Mn)，且優(yōu)選地，錳(Mn)的含量可以是約0.5wt％到1.00wt％的量。

本發(fā)明的鋼組合物還可包含鎳(Ni)，且優(yōu)選地，鎳(Ni)的含量可以是約0.1wt％到0.6wt％的量。

本發(fā)明的鋼組合物還可包含鉻(Cr)，且優(yōu)選地，鉻(Cr)的含量可以是約1.4wt％到1.55wt％的量。

本發(fā)明的鋼組合物還可包含鉬(Mo)，且優(yōu)選地，鉬(Mo)的含量可以是約0.2wt％到0.5wt％的量。

本發(fā)明的鋼組合物還可包含釩(V)，且優(yōu)選地，釩(V)的含量 可以是大于0wt％且為約0.4wt％或更少的量。

可替換地，本發(fā)明的鋼組合物還可包括選自錳(Mn)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、或釩(V)中的一種或多種，且優(yōu)選地，錳(Mn)的含量可以是約0.5wt％到1.00wt％的量、鎳(Ni)的含量可以是約0.1wt％到0.6wt％的量、鉻(Cr)的含量可以是約1.4wt％到1.55wt％的量、鉬(Mo)的含量可以是約0.2wt％到0.5wt％的量，及釩(V)的含量可以是大于0wt％且為約0.4wt％或更少的量。

本發(fā)明還提供了鋼組合物或鋼合金組合物，其可由以上成分組成，基本上由以上成分組成，或主要由以上成分組成。例如用于軸承的鋼組合物可由以下成分組成，基本上由以下成分組成，或由以下成分基本組成，以下成分為：約0.08wt％到1.0wt％量的碳(C)；約0.9wt％到1.6wt％量的硅(Si)；大于0wt％且為約0.03wt％或更少量的磷(P)；大于0wt％且為約0.01wt％或更少量的硫(S)；約0.01wt％到0.1wt％量的銅(Cu)；約0.01wt％到0.06wt％量的鋁(Al)；大于0wt％且為約0.006wt％或更少量的氮(N)；大于0wt％且為約0.001wt％或更少量的氧(O)；構(gòu)成鋼組合物余量的(Fe)，所有的wt％都基于合金鋼組合物的總重量。進(jìn)一步，用于軸承的鋼組合物可由以下成分組成，基本上由以下成分組成，或由以下成分基本組成，以下成分為：約0.08wt％到1.0wt％量的碳(C)；約0.9wt％到1.6wt％量的硅(Si)；大于0wt％且為約0.03wt％或更少量的磷(P)；大于0wt％且為約0.01wt％或更少量的硫(S)；約0.01wt％到0.1wt％量的銅(Cu)；約0.01wt％到0.06wt％量的鋁(Al)；大于0wt％且為約0.006wt％或更少量的氮(N)；大于0wt％且為約0.001wt％或更少量的氧(O)；選自約0.5wt％到1.00wt％量的錳(Mn)、約0.1wt％到0.6wt％量的鎳(Ni)、約1.4wt％到1.55wt％量的鉻(Cr)、約0.2wt％到0.5wt％量的鉬(Mo)、大于0wt％且為約0.4wt％或更少量的釩(V)中的一種或多種；且和構(gòu)成鋼組合物余量的(Fe)，所有的wt％都基于合金鋼組合物的總重量。

本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式提供制造軸承鋼的方法。該方法可包含：制造包含合金鋼組合物的線材；熱處理線材以用于初次球化；將熱處理的線材拉絲；二次熱處理被拉絲的線材以用于二次球化；將二次熱處理的線材鍛造；淬火將被鍛造的線材淬火；以及將被淬火的 線材回火。

具體地，合金鋼組合物可包含：約0.08wt％到1.0wt％量的碳(C)、約0.9wt％到1.6wt％量的硅(Si)、大于0wt％且為約0.03wt％或更少量的磷(P)、大于0wt％且為約0.01wt％或更少量的硫(S)、約0.01wt％到0.1wt％量的銅(Cu)、約0.01wt％到0.06wt％量的鋁(Al)、大于0wt％且為約0.006wt％或更少量的氮(N)、大于0wt％且為約0.001wt％或更少量的氧(O)；構(gòu)成合金鋼組合物余量的(Fe)，所有的wt％都基于合金鋼組合物的總重量。此外，合金鋼還可包含選自約0.5wt％到1.00wt％量的錳(Mn)、約0.1wt％到0.6wt％量的鎳(Ni)、約1.4wt％到1.55wt％量的鉻(Cr)、約0.2wt％到0.5wt％量的鉬(Mo)、大于0wt％且約0.4wt％或更少量的釩(V)中的一種或多種。

如本文所用的術(shù)語(yǔ)“球化處理的”或“球化處理”指的是熱處理過(guò)程，特別用于基于鐵類合金鋼或其組成。具體地，球化處理可指將鐵類鋼種的碳化物或碳化物復(fù)合物中碳的形狀或結(jié)晶形狀改變成，例如球形形狀、類球形、或橢圓形狀以提供滿意的物理性能，例如機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫性、可延展性、可切削性等的熱處理過(guò)程。在球化處理過(guò)程中，溫度可增加到高達(dá)鐵類合金鋼。

用于初次球化處理的熱處理可以約720℃到850℃的溫度執(zhí)行約4到8小時(shí)。

用于二次球化處理的二次熱處理可以約720℃到850℃的溫度執(zhí)行約4到8小時(shí)。

淬火可以約840℃到860℃的溫度執(zhí)行0.5到2小時(shí)。

回火可以約150℃到190℃的溫度執(zhí)行0.5到2小時(shí)。

因此優(yōu)選地，制造的軸承鋼可包含包括選自M₃C、M₇C₃、和M₂₃C₆碳化物、及MC碳化物中的一種或多種的碳化物復(fù)合物。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“碳化物復(fù)合物”指的是包含至少碳和其他元素的化合物，所述其他元素具有較弱負(fù)電性以致在與碳結(jié)合時(shí)為正電性或部分正電性。碳化物復(fù)合物可以至少碳和金屬適當(dāng)?shù)匦纬桑医饘倏梢允菈A金屬、堿土金屬或過(guò)渡金屬、后過(guò)渡金屬、鑭系元素、或錒系元素，而沒(méi)有限制。具體地，M₃C、M₇C₃、和M₂₃C₆碳化物中的M可以是選自鉻(Cr)、鐵(Fe)、和錳(Mn)中的一種或多種且 MC碳化物中的M可以是選自釩(V)和鉬(Mo)中的一種或多種。

包含作為主要成分的鐵(Fe)、碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鋁(Al)、氮(N)、氧(O)、及釩(V)的鋼組合物的軸承或軸承鋼可包含復(fù)合碳化物例如Me₃C、Me₇C₃、Me₂₃C₆(Me:Cr、Fe、Mn)，即通過(guò)調(diào)節(jié)軸承鋼的合金鋼成分和控制工藝條件可以精細(xì)地形成復(fù)合碳化物。這樣，軸承鋼的物理性能諸如軸承的硬度、強(qiáng)度和韌性可被顯著改進(jìn)，且因此改進(jìn)了耐久性、疲勞強(qiáng)度、和疲勞壽命。而且，可獲得高度強(qiáng)化的軸承鋼，因此通過(guò)其厚度減小，重量可減小約20％等，且還可保證車輛設(shè)計(jì)的自由度及減小成本。

本發(fā)明還提供的是由如上述合金組成的軸承鋼制造的車倆部件。例如，用于車輛的變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)可通過(guò)使用包含如上述的鋼或合金鋼的軸承制造，以便可能改進(jìn)車輛的耐久性和減少車輛重量，從而改進(jìn)燃料效率和防止環(huán)境污染。

本發(fā)明的其他方面在以下被公開(kāi)。

附圖說(shuō)明

圖1根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式示出制造軸承鋼示例方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施方式將被詳細(xì)描述。在這之前，在本說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)或詞語(yǔ)不應(yīng)該解釋為限于典型或字典含義，而應(yīng)該解釋為具有符合本發(fā)明技術(shù)精神的含義和概念，基于發(fā)明人可適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語(yǔ)的概念以便以最佳方式描述他/她自己的發(fā)明的原則。因此，本說(shuō)明書描述的實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施方式而不代表本發(fā)明的所有技術(shù)精神。因此，應(yīng)該理解在本申請(qǐng)的提交時(shí)間具有替換實(shí)施方式的各種等效和修改。

應(yīng)該理解當(dāng)用在本說(shuō)明書中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”規(guī)定了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、和/或成分的存在，但不排除 一種或更多其他特征、證書、步驟、操作、元素、成分和/或其組合的存在或添加。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括所列項(xiàng)目中的一種或多種的任何和所有組合。

除非特別聲明或從上下文顯而易見(jiàn)，如本文所用的術(shù)語(yǔ)“約”理解為在正常公差范圍內(nèi)，例如在平均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)?！凹s”可理解為在10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％之內(nèi)的規(guī)定值。除非上下文另外清楚地指出，否則這里提供的所有數(shù)值都被“約”修飾。

可以理解，這里所使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其他類似術(shù)語(yǔ)通常包括機(jī)動(dòng)車輛，例如客車包括運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車，船舶包括各種船和小船，飛機(jī)，等等，且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插電式混合電動(dòng)車、氫能源車和其他替代燃料車(例如，從非石油資源衍生的燃料)。如這里所提及的，混合動(dòng)力車輛是具有兩種或多種動(dòng)力來(lái)源的車輛，例如汽油驅(qū)動(dòng)車和電動(dòng)車。

以下，本發(fā)明將被詳細(xì)描述。本發(fā)明涉及具有改進(jìn)疲勞耐久性的軸承鋼及其制造方法，且在一方面，本發(fā)明涉及具有改進(jìn)疲勞耐久性的軸承鋼。

用于軸承的鋼組合物可具有改進(jìn)疲勞性。鋼組合物可包含：大于0wt％且約為0.03wt％或更少量的磷(P)、大于0wt％且為約0.01wt％或更少量的硫(S)、約0.01wt％到0.1wt％量的銅(Cu)、約0.01wt％到0.06wt％量的鋁(Al)、大于0wt％且為約0.006wt％或更少量的氮(N)、大于0wt％且為約0.001wt％或更少量的氧(O)，及構(gòu)成鋼組合物余量的(Fe)，所有的重量％(wt％)都基于鋼組合物的總重量。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的需要，用于軸承的鋼組合物可適當(dāng)?shù)匕s0.8wt％到1.0wt％量的碳(C)、約0.9wt％到1.6wt％量的硅(Si)、約0.5wt％到1.00wt％量的錳(Mn)、約0.1wt％到0.6wt％量的鎳(Ni)、約1.4wt％到1.55wt％量的鉻(Cr)、約0.2wt％到0.5wt％量的鉬(Mo)、以及大于0wt％且為約0.4wt％或更少量的釩(V)中的一種或更多。

以下，鋼組合物的每一種成分及其含量將被詳細(xì)描述

(1)碳(C)

如本文所用的碳(C)可以是重要的以保證軸承鋼的強(qiáng)度，且使殘余奧氏體穩(wěn)固。

優(yōu)選地，碳(C)的含量基于合金鋼組合物的總重量可為約0.8wt％到1.0wt％的量。當(dāng)碳(C)的含量小于約0.8wt％時(shí)，不可以足夠地獲得作為軸承鋼使用的鋼的強(qiáng)度且可引起疲勞強(qiáng)度等的降低。另一方面，當(dāng)碳(C)的含量大于約1.0wt％時(shí)，未溶解的大的碳化物留在鋼內(nèi)，因此疲勞強(qiáng)度、耐久性壽命等可被減小及淬火之間的加工性能等可被降低。

(2)硅(Si)

如本文所用的硅(Si)可當(dāng)作還原劑，且抑制合金鋼銷孔的形成，從而通過(guò)作為溶解在基質(zhì)中的固體的固溶強(qiáng)化效應(yīng)增加合金鋼的強(qiáng)度，且增加碳(C)等的活性。

優(yōu)選地，硅(Si)的含量基于合金鋼組合物的總重量可為約0.9wt％到1.6wt％的量。當(dāng)硅(Si)的含量小于約0.9wt％時(shí)，氧氣氧化的氧化物(oxide by oxygen)可能不能充分地去除且留在合金鋼內(nèi)，因此合金鋼的強(qiáng)度可被降低并且無(wú)法獲得固溶強(qiáng)化效應(yīng)。當(dāng)硅(Si)的含量大于約2.0wt％時(shí)，由于組織內(nèi)的滲透反應(yīng)，例如通過(guò)過(guò)量硅(Si)與碳(C)的位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，可發(fā)生脫碳作用，并且由于淬火前的硬度增加，加工性能可被迅速降低。

(3)錳(Mn)

如本文所用的錳(Mn)可改進(jìn)合金鋼的淬火性能且可改進(jìn)合金鋼等的強(qiáng)度。

優(yōu)選地，錳(Mn)的含量可以是約0.5wt％到1.0wt％的量。當(dāng)錳(Mn)的含量小于約0.5wt％時(shí)，合金鋼淬火性能的改進(jìn)效應(yīng)被降低。另一方面，當(dāng)錳(Mn)的含量大于約1.0wt％時(shí)，淬火前的加工性能可被降低且減少中心偏析和疲勞壽命的MnS可被沉淀。

(4)鎳(Ni)

如本文所用的鎳(Ni)可使合金鋼的晶粒微粉化且在奧氏體和鐵素體中可以是固溶的以強(qiáng)化基質(zhì)。此外，鎳可改進(jìn)低溫沖擊韌性和硬化能力，且降低A1轉(zhuǎn)換點(diǎn)的溫度以擴(kuò)大奧氏體。進(jìn)而，鎳可增加碳的活性。

優(yōu)選地，鎳(Ni)的含量可以是約0.1wt％到0.6wt％的量。當(dāng)鎳(Ni)的含量小于約0.1wt％時(shí)，可能不足以獲得晶粒的微粉化效應(yīng)以及諸如固溶強(qiáng)化和基質(zhì)強(qiáng)化的改進(jìn)效應(yīng)。另一方面，當(dāng)鎳(Ni)的含量大于約0.6wt％時(shí)，可在合金鋼內(nèi)引起熱脆性等。

(5)鉻(Cr)

如本文所用的鉻(Cr)可改進(jìn)合金鋼的淬火性能，提供硬化性，且同時(shí)，使合金鋼的組織微粉化并通過(guò)熱處理球化處理該組織。進(jìn)一步，鉻可硬化滲碳體中的薄層。

優(yōu)選地，鉻(Cr)的含量可以是約1.5wt％到3.0wt％的量。當(dāng)鉻(Cr)的含量小于約1.5wt％時(shí)，淬火性能和硬化性可被限制且不可獲得組織的足夠微粉化和球化處理。另一方面，當(dāng)鉻(Cr)的含量大于約3.0wt％時(shí)，含量的增加效應(yīng)可能不足的，因此制造成本可被增加。

(6)鉬(Mo)

如本文所用的鉬(Mo)增加合金鋼的淬火性能從而在回火和提供抗脆性之后改進(jìn)合金鋼的硬化性、韌性等。進(jìn)一步，鉬可降低碳的活性。

優(yōu)選地，鉬(Mo)的含量可以是約0.2wt％到0.5wt％的量。當(dāng)鉬(Mo)的含量小于約0.2wt％時(shí)，可能不足以保證合金鋼的硬化性和韌性等。另一方面，當(dāng)鉬(Mo)的含量大于約0.5wt％時(shí)，合金鋼的加工性(可切削性)和生產(chǎn)率等可被降低并且含量的增加效應(yīng)可能不足因此制造成本增加。

(7)釩(V)

如本文所用的釩(V)可形成沉淀物例如碳化物，強(qiáng)化基質(zhì)組織且因此通過(guò)沉淀強(qiáng)化效應(yīng)改進(jìn)強(qiáng)度和耐磨性。此外，釩可降低碳的活性，且進(jìn)而，在同樣的冷卻率下，可通過(guò)添加釩增加合金鋼的強(qiáng)度。

優(yōu)選地，釩(V)的含量可以是大于0wt％且為約0.4wt％或更少的量。當(dāng)釩(V)的含量大于約0.4wt％時(shí)，合金鋼的韌性和硬度等可被降低。

(8)鋁(Al)

如本文所用的鋁(Al)可以是用作還原劑且用以改進(jìn)合金鋼清潔度并且可與合金鋼中的氮(N)反應(yīng)以形成氮化物因此使晶粒微粉化的 元素。

優(yōu)選地，鋁(Al)的含量可以是約0.01wt％到0.06wt％的量。當(dāng)鋁(Al)的含量小于約0.01wt％時(shí)，可能無(wú)法獲得與晶粒的還原劑、清潔度和微粉化有關(guān)的足夠效應(yīng)。另一方面，當(dāng)鋁(Al)的含量大于約0.06wt％時(shí)，可形成粗糙的氧化夾雜物等以減少鋼的疲勞壽命等。

(9)氮(N)

如本文所用的氮(N)可使奧氏體穩(wěn)固，使晶粒微粉化且改進(jìn)合金鋼的抗張強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等。然而，當(dāng)包含過(guò)量的氮時(shí)，可形成雜質(zhì)或AlN(氮化鋁)以減少耐久性壽命。

優(yōu)選地，氮(N)的含量可以是大于0wt％且約0.006wt％或更少的量。當(dāng)?shù)?N)的含量大于0.006wt％，可引起脆性且耐久性壽命等可被減少。

(10)氧(O)

如本文所用的氧(O)可增加合金鋼雜質(zhì)的產(chǎn)生以通過(guò)接觸疲勞降低清潔度且使合金鋼劣化。

優(yōu)選地，氧(O)的含量可以是約0.001wt％或更少的量。當(dāng)氧(O)的含量大于0.001wt％時(shí)，由于接觸疲勞可增加合金鋼的雜質(zhì)以劣化合金鋼。

(11)磷(P)

如本文所用的磷(P)可包括晶粒晶界偏析以降低合金鋼的韌性。

優(yōu)選地，磷(P)的含量可以是大于0wt％且為約0.03wt％或更少的量。當(dāng)磷(P)的含量大于約0.03wt％時(shí)，可降低合金鋼的韌性。

(12)硫(S)

如本文所用的硫(S)可增加合金鋼的可切削性以促進(jìn)加工，且由于晶界偏析還可降低合金鋼的韌性并且通過(guò)與錳(Mn)反應(yīng)形成MnS而降低合金鋼的疲勞壽命。

優(yōu)選地，硫(S)的含量可以是大于0wt％且為約0.01wt％或更少的量。當(dāng)硫(S)的含量大于約0.01wt％時(shí)，可降低合金鋼的韌性從而減少鋼的疲勞壽命。

(13)銅(Cu)

如本文所用的銅(Cu)可改進(jìn)合金鋼的硬化性等。

優(yōu)選地，銅(Cu)的含量可以是約0.01wt％到0.1wt％的量。當(dāng)銅(Cu)的含量小于約0.01wt％時(shí)，不可獲得足夠的硬化改進(jìn)效應(yīng)。同時(shí)，當(dāng)銅(Cu)的含量大于約0.1wt％時(shí)，由于超出固溶限制，鋼的強(qiáng)度改進(jìn)效應(yīng)可飽和，且因此制造成本可增加并且引起熱脆性。

由于用于包含上述成分的軸承的鋼組合物可具有優(yōu)良的硬度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。因此，鋼組合物可應(yīng)用到車輛部件等中。例如，用于軸承的鋼組合物應(yīng)用到車輛的自動(dòng)或手動(dòng)變速器等上，且在變速器部件中，軸承鋼可應(yīng)用到底盤框架、內(nèi)齒圈、齒輪、軸、同步器轂等中。

以下，在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制造具有改進(jìn)疲勞耐久性的軸承鋼的方法。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員參考公開(kāi)的已知技術(shù)可適當(dāng)?shù)刂圃旄鶕?jù)本發(fā)明的具有改進(jìn)疲勞耐久性的軸承鋼。

根據(jù)本發(fā)明制造具有改進(jìn)疲勞耐久性的軸承鋼的方法可包括：

例如，如圖1所示，該方法可包括：混合用于軸承(S10)的合金鋼成分；將合金鋼(S20)在約720℃到850℃的溫度熱處理約4到8小時(shí)以用于初次球化；將熱處理的合金鋼(S30)拉絲；將被拉絲的合金鋼(S40)在約720℃到850℃的溫度二次熱處理約4到8小時(shí)以用于二次球化；將二次熱處理的合金鋼(S50)鍛造；在約840℃到860℃的溫度將約0.5到2小時(shí)的被鍛造的合金鋼(S60)淬火；在約150℃到190℃的溫度將淬火的合金鋼(S70)回火約0.5到2小時(shí)。

在制造合金鋼的方法中，復(fù)合碳化物可在鋼中形成且被球化處理。具體地，復(fù)合碳化物可包括選自M₃C、M₇C₃、和M₂₃C₆碳化物及即為沉淀物的MC碳化物中的一種或多種。M可以是金屬或過(guò)渡金屬而沒(méi)有限制。

優(yōu)選地，M₃C和M₇C₃碳化物，及M₂₃C₆碳化物中的M可以是選自鉻(Cr)、鐵(Fe)、錳(Mn)中的一種或多種，且MC碳化物中的M可以是選自從釩(V)和鉬(Mo)中的一種或多種。當(dāng)上述復(fù)合碳化物形成時(shí)，軸承鋼的強(qiáng)度和硬度等可被改進(jìn)，并且耐久性等可被延長(zhǎng)。

該方法可包括使用用于軸承的合金鋼制造線材，如上所述。例如， 可通過(guò)將選自碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)或釩(V)中的一種或多種成分添加和混合到作為主要成分的鐵(Fe)、磷(P)、硫(S)、銅(Cu)、鋁(Al)、氮(N)，和氧(O)中制造包含上述合金成分的線材。因此制造的線材可進(jìn)一步被熱處理以用于初次球化，例如在約720℃到850℃的溫度約4到8小時(shí)(S20)；拉絲(S30)；二次熱處理用于二次球化，例如，在約720℃到850℃的溫度約4到8小時(shí)(S40)；鍛造(S50)；淬火，例如在約840℃到860℃的溫度約0.5到2小時(shí)(S60)；以及回火，例如在約150℃到190℃的溫度約0.5到2小時(shí)(S70)。

制造方法的淬火可在約840℃到860℃的溫度執(zhí)行約0.5到2小時(shí)，且回火可在約150℃到190℃的溫度執(zhí)行約0.5到2小時(shí)。

當(dāng)淬火溫度小于約840℃或淬火時(shí)間小于約0.5小時(shí)時(shí)，不均勻地形成迅速冷卻的組織從而引起材料偏差。另一方面，當(dāng)淬火溫度大于約860℃或淬火時(shí)間大于約2小時(shí)時(shí)，由初次和二次球化處理熱處理形成的球化處理的復(fù)合碳化物可被溶解。

當(dāng)回火溫度小于約150℃或回火時(shí)間小于約0.5小時(shí)時(shí)，可能不保證軸承鋼的物理性能諸如韌性。另一方面，當(dāng)回火溫度大于約190℃或回火時(shí)間大于約2小時(shí)時(shí)，軸承鋼的硬度等可被迅速降低，因此很難改進(jìn)耐久性壽命。

同時(shí)，當(dāng)制造方法的初次和二次球化熱處理中的每個(gè)溫度都小于約720℃或球化熱處理的時(shí)間小于約4小時(shí)時(shí)，可能需要復(fù)合碳化物的大量球化時(shí)間，且因此制造成本可迅速增加。另一方面，當(dāng)初次和二次球化熱處理中的溫度大于約850℃時(shí)，由于形成的復(fù)合碳化物被溶解，在冷卻過(guò)程中形成薄層復(fù)合碳化物代替球形復(fù)合碳化物的可能性可顯著地增加。進(jìn)而，當(dāng)初次和二次球化熱處理時(shí)間大于約8小時(shí)時(shí)，復(fù)合碳化物的球化率可被減慢從而迅速增加制造成本。

實(shí)施例以下，將通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。

這些實(shí)施例僅是為了說(shuō)明本發(fā)明，顯然對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的范圍將不解釋為限于這些實(shí)例。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，為了比較具有改進(jìn)疲勞耐久性軸承鋼的物理性能，比較例和具有如下列表1所述成分的實(shí)施例已制好。

初次和二次球化的熱處理溫度、淬火溫度與時(shí)間、和應(yīng)用的回火溫度

和時(shí)間的條件示于下表2。

[表1]

表1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軸承鋼的比較例1到10的組成成分和含 量，以及根據(jù)本發(fā)明的出實(shí)施例1到實(shí)施例3的組成成分和含量。

[表2]

表2示出，在具有表1的組成成分和含量的比較例1到10和實(shí)施例1到3的制造條件中，在初次和二次球化的熱處理的溫度、淬火溫度和時(shí)間、回火溫度和時(shí)間。本文中，，所有的比較例1到10和實(shí)例1到3滿足根據(jù)本發(fā)明在初次和二次球化的熱處理中的溫度、淬火溫度和時(shí)間、及回火溫度和時(shí)間。

[表3]

表3示出，室溫硬度、300℃的硬度、當(dāng)表面壓力為6.2GPa時(shí)在150℃對(duì)于L10壽命的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)和耐久性壽命，考慮到根據(jù)表2的條件制備具有表1的組成成分和含量的比較例1到10和實(shí)例1到3之后，1當(dāng)表面壓力為6.2GPa時(shí)，通過(guò)使用顯微維氏硬度計(jì)根據(jù)KS B 0081測(cè)量方法，在300gf測(cè)量室溫的硬度、300℃的硬度和150℃的硬度。對(duì)于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)，在最大彎曲力 矩為約20kgfm、旋轉(zhuǎn)數(shù)為約200RPM到3000RPM、最大負(fù)載約100kg或更少、及三相電功率為220V和7KW的條件下，通過(guò)使用直徑約4mm的標(biāo)準(zhǔn)線徑通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)KS B ISO 1143測(cè)量方法，測(cè)量L10壽命。L10壽命是樣本的耐久性壽命，且意味著直到約10％的樣本被破壞時(shí)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)。

因此，回顧室溫(約25℃)的硬度，能夠證實(shí)，來(lái)自表3的實(shí)施例1到3，與比較例1到10相比，室溫的硬度改進(jìn)了8.9％到17.5％。此外，回顧300℃的硬度，能夠證實(shí)來(lái)自表3的實(shí)施例1到3，與比較例1到10相比，室溫的硬度改進(jìn)了14.4％到19.4％。

能夠證實(shí)，當(dāng)表面壓力為6.2GPa時(shí)，對(duì)在150℃下的L10壽命的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)施例1到3的均值為18,469,333且為比較例1到10的均值9055000的約兩倍高。即，從表3能夠證實(shí)，本發(fā)明的軸承鋼與現(xiàn)有技術(shù)的相比改進(jìn)了192.3％到221.1％。

基于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)，為了比較比較例1到10和實(shí)施例1到3的耐久性壽命，比較例1的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)為8400000，被設(shè)為100％耐久性壽命的基礎(chǔ)。與作為基礎(chǔ)的比較例1的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)相比，示出比較例2到10和實(shí)施例1到3的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)增加或減少程度的差別表示為百分?jǐn)?shù)。即，用于比較比較例1到10和實(shí)施例1到3的耐久性壽命的百分?jǐn)?shù)，是表示在比較例1的基礎(chǔ)上剩余比較例2到10和實(shí)施例1到3的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)增加和減少程度的值。

本文中，通過(guò)比較例和實(shí)施例的耐久性壽命的比較，從表3可以看出，與旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)相同，實(shí)施例1到3的耐久性壽命是比較例1到10的耐久性壽命的約兩倍多。

如上所述，為了檢查為什么實(shí)施例的硬度和耐久性壽命比比較例的硬度和耐久性壽命更好的原因，包括在比較例1和實(shí)施例1到3內(nèi)的復(fù)合碳化物的類型和vol％示于下表4中。

[表4]

表4示出包括在比較例1和實(shí)施例1到3內(nèi)的復(fù)合碳化物的含量。如表4所示，比較例1的復(fù)合碳化物主要包括M₃C與少量MoC，但是實(shí)施例1到實(shí)施例3相對(duì)一致地包括VC和NbC以及M₃C和MoC。復(fù)合碳化物組成的差別可被認(rèn)為是為什么實(shí)施例具有比比較例更好的硬度和耐久性壽命的原因中的一個(gè)。

因此，能夠?qū)嶒?yàn)性地證實(shí)，滿足根據(jù)本發(fā)明的成分和含量范圍并通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的熱處理過(guò)程制備的實(shí)施例1到3包括各種復(fù)合碳化物等，因此具有比比較例1到10更好的強(qiáng)度和耐久性壽命。

如上所述，已經(jīng)與本發(fā)明的特定實(shí)施方式有關(guān)地描述了本發(fā)明，但是實(shí)施方式僅僅是說(shuō)明而本發(fā)明并不限于此。所述實(shí)施方式可通過(guò)發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員作出改變或修改，而不偏離本發(fā)明的范圍，且在本發(fā)明的技術(shù)精神和以下將被描述的權(quán)利要求的等效范圍內(nèi)各種替換和修改都是可能的。