本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及一種新型高速軸承鋼TMB-012，主要適用于高速空調(diào)壓縮機(jī)軸承、汽車變速箱軸承、振動(dòng)篩軸承等。
背景技術(shù)：
為提高高速空調(diào)壓縮機(jī)、汽車變速箱、振動(dòng)篩等軸承的長(zhǎng)壽命、高轉(zhuǎn)速、耐沖擊、耐交變載荷等使用工況，開發(fā)部門查閱大量技術(shù)資料，根據(jù)空調(diào)壓縮機(jī)軸承、汽車變速箱軸承、高速鐓鍛機(jī)軸承、振動(dòng)篩軸承等，轉(zhuǎn)速高、使用壽命長(zhǎng)、需要承載沖擊載荷、工作環(huán)境可能在室外等特點(diǎn)，提出了上面所述軸承所需材料的力學(xué)性能要求；
(1)具有高的接觸疲勞強(qiáng)度和高的抗壓強(qiáng)度；
(2)經(jīng)熱處理后必須具有高而均勻的表層硬度；
(3)經(jīng)熱處理后套圈心部具有比表層低而均勻的硬度，使軸承可以承受沖擊載荷和交變載荷；
(4)具有良好的耐腐蝕性能，在大氣中不易生銹或被腐蝕；
(5)良好的尺寸穩(wěn)定性，防止軸承在長(zhǎng)期使用過(guò)程中因尺寸變化降低精度和壽命。
根據(jù)材料的這些性能要求，在國(guó)內(nèi)沒有找到合適的滿足上面要求的材料，在國(guó)外找到有滿足上述要求的材料，但價(jià)格非常昂貴，軸承套圈的材料費(fèi)用是原來(lái)一套軸承價(jià)格的幾十倍甚至上百倍。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高速軸承鋼及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種高速軸承鋼，包括有按重量百分比計(jì)的以下組分：
碳 0.4-0.45
硅 0.9-1
錳 0.95-1.05
磷 小于0.01
硫 小于0.005
鉻 1.4-1.6％
鎳 0.4-0.5
鉬 0.85-0.95
銅 小于0.1
鋁 0.085-0.1
釩 0.08-0.15
鈮 0.08-0.15
其余為鐵；
所述高速軸承鋼，其氧含量低于15PPM；
所述高速軸承鋼，其氫含量低于2PPM。
一種上述高速軸承鋼的制備方法，依次包括以下步驟：
第一步，在EBT型電爐中把基礎(chǔ)鋼材42CrMo進(jìn)行鋼液的初煉；待原料熔化后噴入焦炭粉造泡沫渣，造渣高度為550-650mm，并及時(shí)流渣并補(bǔ)加石灰，以降低出渣時(shí)的磷含量,將磷降低到要求的范圍內(nèi)；鋼液溫度在1610-1620℃沸騰30分鐘除氣后采用留鋼留渣方式出鋼，留鋼量為總出鋼量的8-10％，出渣量盡可能的少。
第二步，在容量與電爐相匹配的LF鋼包精煉爐中，造渣脫氧、脫硫、脫除雜物；同時(shí)向鋼包內(nèi)相繼加入經(jīng)過(guò)計(jì)算的硅鐵中間合金、鉻鐵中間合金、錳鐵中間合金、鉬鐵中間合金、鋁、鎳鐵中間合金、鈮鐵中間合金、釩鐵中間合金，在此工序需要不斷加入鋁線；在精煉全過(guò)程進(jìn)行底吹氬氣精煉鋼液，在吹氬氣過(guò)程中控制鋼液不裸露渣面，并采用鐵硅粉、碳粉進(jìn)行頂渣的鋼液擴(kuò)散脫氧，控制溫度在1610-1620℃，然后進(jìn)入VD工序。
(磷硫等是基礎(chǔ)鋼材中就含有的,磷、硫是有害元素，在冶煉過(guò)程中要去除到要求的范圍之內(nèi)。)
第三步，在VD真空爐中對(duì)鋼液進(jìn)行真空處理，在此過(guò)程中避免鋼液產(chǎn)生大的沸騰在真空度達(dá)到60帕后保持20-25分鐘后吹入氬氣15-20分鐘清洗及強(qiáng)化鋼液，當(dāng)鋼液溫度在1520-1530℃時(shí)開始進(jìn)行澆鑄。
第四步，澆鑄，在澆鑄及后期的冷卻全過(guò)程中進(jìn)行氬氣全封閉保護(hù)澆鑄；在冷卻過(guò)程中，首先進(jìn)行恒溫冷卻到910-930℃后進(jìn)行模具內(nèi)冷卻，并加保溫蓋緩冷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)加入硅來(lái)提高強(qiáng)度，硅使材料具有高的熱強(qiáng)性和彈性極限；但促使石墨化，對(duì)滲碳有阻礙作用。為消除硅對(duì)滲碳的阻礙作用，在材料中增加了錳含量。錳使材料具有高的強(qiáng)度、耐磨性、淬透性、提高滲碳速度。同時(shí)在材料中提高鉬含量，鉬使材料的鍛件抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度提高；同時(shí)鉬可以提高馬氏體體回火穩(wěn)定性，與鉻、鎳結(jié)合可大大提高淬透性，可細(xì)化晶粒，提高韌性，提高耐腐蝕能力。用碳氮共滲的工藝來(lái)提高表面硬度和耐腐蝕性能。為了縮短滲氮時(shí)間，在鋼種加入了鋁，鋁可以細(xì)化晶粒和改善鋼的淬透性的同時(shí)有助于鋼的氮化。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
一種高速軸承鋼，包括有按重量百分比計(jì)的以下組分：
碳 0.4-0.45％
硅 0.9-1％
錳 0.95-1.05％
磷 小于0.01％
硫 小于0.005％
鉻 1.4-1.6％
鉬 0.85-0.95％
銅 小于0.1％
鋁 0.085-0.1％
其余為鐵；
所述高速軸承鋼，其氧含量低于15PPM；
所述高速軸承鋼，其氫含量低于2PPM。
上述高速軸承鋼的制備方法，依次包括以下步驟：
第一步，在EBT型電爐中把基礎(chǔ)鋼材42CrMo進(jìn)行鋼液的初煉；待原料熔化后噴入焦炭粉造泡沫渣，造渣高度為550-650mm，并及時(shí)流渣并補(bǔ)加石灰，以降低出渣時(shí)的磷含量,將磷降低到要求的范圍內(nèi)；鋼液溫度在1610-1620℃沸騰30分鐘除氣后采用留鋼留渣方式出鋼，留鋼量為總出鋼量的8-10％，出渣量盡可能的少。
第二步，在容量與電爐相匹配的LF鋼包精煉爐中，造渣脫氧、脫硫、脫除雜物；同時(shí)向鋼包內(nèi)相繼加入經(jīng)過(guò)計(jì)算的硅鐵中間合金、鉻鐵中間合金、錳鐵中間合金、鉬鐵中間合金、鋁、鎳鐵中間合金、鈮鐵中間合金、釩鐵中間合金，在此工序需要不斷加入鋁線；在精煉全過(guò)程進(jìn)行底吹氬氣精煉鋼液，在吹氬氣過(guò)程中控制鋼液不裸露渣面，并采用鐵硅粉、碳粉進(jìn)行頂渣的鋼液擴(kuò)散脫氧，控制溫度在1610-1620℃，然后進(jìn)入VD工序。
所述磷硫等是基礎(chǔ)鋼材中就含有的,磷、硫是有害元素，在冶煉過(guò)程中要去除到要求的范圍之內(nèi)。
第三步，在VD真空爐中對(duì)鋼液進(jìn)行真空處理，在此過(guò)程中避免鋼液產(chǎn)生大的沸騰在真空度達(dá)到60帕后保持20-25分鐘后吹入氬氣15-20分鐘清洗及強(qiáng)化鋼液，當(dāng)鋼液溫度在1520-1530℃時(shí)開始進(jìn)行澆鑄。
第四步，澆鑄，在澆鑄及后期的冷卻全過(guò)程中進(jìn)行氬氣全封閉保護(hù)澆鑄；在冷卻過(guò)程中，首先進(jìn)行恒溫冷卻到910-930℃后進(jìn)行模具內(nèi)冷卻，并加保溫蓋緩冷。
實(shí)施例2
一種高速軸承鋼，包括有按重量百分比計(jì)的以下組分：
碳 0.4-0.45％
硅 0.9-1％
錳 0.95-1.05％
磷 小于0.01％
硫 小于0.005％
鉻 1.4-1.6％
鎳 0.4-0.5％
鉬 0.85-0.95％
銅 小于0.1％
鋁 0.085-0.1％
其余為鐵；
所述高速軸承鋼，其氧含量低于15PPM；
所述高速軸承鋼，其氫含量低于2PPM。
與實(shí)施例1相比加入了鎳元素。
第一步，在EBT型電爐中把基礎(chǔ)鋼材42CrMo進(jìn)行鋼液的初煉；待原料熔化后噴入焦炭粉造泡沫渣，造渣高度為550-650mm，并及時(shí)流渣并補(bǔ)加石灰，以降低出渣時(shí)的磷含量,將磷降低到要求的范圍內(nèi)；鋼液溫度在1610-1620℃沸騰30分鐘除氣后采用留鋼留渣方式出鋼，留鋼量為總出鋼量的8-10％，出渣量盡可能的少。
第二步，在容量與電爐相匹配的LF鋼包精煉爐中，造渣脫氧、脫硫、脫除雜物；同時(shí)向鋼包內(nèi)相繼加入經(jīng)過(guò)計(jì)算的硅鐵中間合金、鉻鐵中間合金、錳鐵中間合金、鉬鐵中間合金、鋁、鎳鐵中間合金、鈮鐵中間合金、釩鐵中間合金，在此工序需要不斷加入鋁線；在精煉全過(guò)程進(jìn)行底吹氬氣精煉鋼液，在吹氬氣過(guò)程中控制鋼液不裸露渣面，并采用鐵硅粉、碳粉進(jìn)行頂渣的鋼液擴(kuò)散脫氧，控制溫度在1610-1620℃，然后進(jìn)入VD工序。
所述磷硫等是基礎(chǔ)鋼材中就含有的,磷、硫是有害元素，在冶煉過(guò)程中要去除到要求的范圍之內(nèi)。
第三步，在VD真空爐中對(duì)鋼液進(jìn)行真空處理，在此過(guò)程中避免鋼液產(chǎn)生大的沸騰在真空度達(dá)到60帕后保持20-25分鐘后吹入氬氣15-20分鐘清洗及強(qiáng)化鋼液，當(dāng)鋼液溫度在1520-1530℃時(shí)開始進(jìn)行澆鑄。
第四步，澆鑄，在澆鑄及后期的冷卻全過(guò)程中進(jìn)行氬氣全封閉保護(hù)澆鑄；在冷卻過(guò)程中，首先進(jìn)行恒溫冷卻到910-930℃后進(jìn)行模具內(nèi)冷卻，并加保溫蓋緩冷。
實(shí)施例3
一種高速軸承鋼，包括有按重量百分比計(jì)的以下組分：
碳 0.4-0.45％
硅 0.9-1％
錳 0.95-1.05％
磷 小于0.01％
硫 小于0.005％
鉻 1.4-1.6％
鉬 0.85-0.95％
銅 小于0.1％
鋁 0.085-0.1％
釩 0.08-0.15％
鈮 0.08-0.15％
其余為鐵；
所述高速軸承鋼，其氧含量低于15PPM；
所述高速軸承鋼，其氫含量低于2PPM。
與實(shí)施例2相比加入了釩和鈮元素。
第一步，在EBT型電爐中把基礎(chǔ)鋼材42CrMo進(jìn)行鋼液的初煉；待原料熔化后噴入焦炭粉造泡沫渣，造渣高度為550-650mm，并及時(shí)流渣并補(bǔ)加石灰，以降低出渣時(shí)的磷含量,將磷降低到要求的范圍內(nèi)；鋼液溫度在1610-1620℃沸騰30分鐘除氣后采用留鋼留渣方式出鋼，留鋼量為總出鋼量的8-10％，出渣量盡可能的少。
第二步，在容量與電爐相匹配的LF鋼包精煉爐中，造渣脫氧、脫硫、脫除雜物；同時(shí)向鋼包內(nèi)相繼加入經(jīng)過(guò)計(jì)算的硅鐵中間合金、鉻鐵中間合金、錳鐵中間合金、鉬鐵中間合金、鋁、鎳鐵中間合金、鈮鐵中間合金、釩鐵中間合金，在此工序需要不斷加入鋁線；在精煉全過(guò)程進(jìn)行底吹氬氣精煉鋼液，在吹氬氣過(guò)程中控制鋼液不裸露渣面，并采用鐵硅粉、碳粉進(jìn)行頂渣的鋼液擴(kuò)散脫氧，控制溫度在1610-1620℃，然后進(jìn)入VD工序。
所述磷硫等是基礎(chǔ)鋼材中就含有的,磷、硫是有害元素，在冶煉過(guò)程中要去除到要求的范圍之內(nèi)。
第三步，在VD真空爐中對(duì)鋼液進(jìn)行真空處理，在此過(guò)程中避免鋼液產(chǎn)生大的沸騰在真空度達(dá)到60帕后保持20-25分鐘后吹入氬氣15-20分鐘清洗及強(qiáng)化鋼液，當(dāng)鋼液溫度在1520-1530℃時(shí)開始進(jìn)行澆鑄。
第四步，澆鑄，在澆鑄及后期的冷卻全過(guò)程中進(jìn)行氬氣全封閉保護(hù)澆鑄；在冷卻過(guò)程中，首先進(jìn)行恒溫冷卻到910-930℃后進(jìn)行模具內(nèi)冷卻，并加保溫蓋緩冷。
本發(fā)明通過(guò)加入硅來(lái)提高強(qiáng)度，硅使材料具有高的熱強(qiáng)性和彈性極限；但促使石墨化，對(duì)滲碳有阻礙作用。為消除硅對(duì)滲碳的阻礙作用，在材料中增加了錳含量。錳使材料具有高的強(qiáng)度、耐磨性、淬透性、提高滲碳速度。同時(shí)在材料中提高鉬含量，鉬使材料的鍛件抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度提高；同時(shí)鉬可以提高馬氏體體回火穩(wěn)定性，與鉻、鎳結(jié)合可大大提高淬透性，可細(xì)化晶粒，提高韌性，提高耐腐蝕能力。用碳氮共滲的工藝來(lái)提高表面硬度和耐腐蝕性能。為了縮短滲氮時(shí)間，在鋼種加入了鋁，鋁可以細(xì)化晶粒和改善鋼的淬透性的同時(shí)有助于鋼的氮化。這樣，就設(shè)計(jì)出高速空調(diào)壓縮機(jī)軸承所用鋼材的化學(xué)成分實(shí)施例1。由于按該方案生產(chǎn)的軸承的使用壽命雖然有了很大提高，但與國(guó)外的進(jìn)口軸承比，仍然還有明顯差距。在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上提出了實(shí)施例2和實(shí)施例3的設(shè)計(jì)。實(shí)施例2設(shè)計(jì)是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上加入適量的Ni，鎳使材料具有高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高的耐腐蝕性。實(shí)施例3是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上添加了鈮和釩。鈮能生成高度分散的碳化物NbC(熔點(diǎn)3500℃)，所以可細(xì)化晶粒，直至加熱到1100～1200℃，仍可阻止晶粒長(zhǎng)大。提高低碳鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)，可提高抗蝕性和提高抗酸能力。釩的作用是細(xì)化晶粒作用強(qiáng)，可提高鋼的強(qiáng)度和韌性；釩可以加快滲氮速度，并與氮作用生成VC和VN，充分發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩種強(qiáng)化方式的作用；顯著改善鋼的強(qiáng)韌性配合，提高鋼的綜合性能。
表1新材料與傳統(tǒng)材料的力學(xué)性能對(duì)比
表2幾種材料的使用壽命對(duì)比
由表1、表2可知，實(shí)施例三是最優(yōu)越的方案。