本發(fā)明涉及鋼及其制備方法，特別涉及一種軸承鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

軸承鋼是用來(lái)制造滾珠、滾柱和軸承套圈的鋼。軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性，以及高的彈性極限。對(duì)軸承鋼的化學(xué)成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分嚴(yán)格，是所有鋼鐵生產(chǎn)中要求最嚴(yán)格的鋼種之一。目前常用的軸承鋼多為高碳鉻軸承鋼，其中含碳量為1％左右，含鉻量為1.5％左右。滾動(dòng)疲勞壽命是軸承鋼的重要指標(biāo)之一，但是滾動(dòng)疲勞效應(yīng)通常因?yàn)殇撹F中的非金屬夾雜物或者共晶碳化物而降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種軸承鋼及其制備方法，增加軸承鋼的均勻性、硬度、耐磨性及軸承鋼耐高溫性能。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述一種軸承鋼，其特征在于：由以下質(zhì)量百分比組分組成：0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb、0.2-0.5％si、0.1-0.5％al、1.1-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5v％，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

c的存在才可對(duì)鋼鐵進(jìn)行熱處理，調(diào)節(jié)和改變鋼鐵的力學(xué)性能，當(dāng)c在一定范圍時(shí)，提高c的含量可以提高鋼的硬度和強(qiáng)度，但含量過(guò)高，鋼的韌性和塑性下降，本發(fā)明選用0.5-1％c，可以很好的提高鋼的硬度和強(qiáng)度，在該范圍內(nèi)，鋼的韌性和塑性良好，本發(fā)明中的c主要以化合碳的形式存在。

mn在鋼中的作用為提高鋼的淬透性，起固溶強(qiáng)化作用，增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但是mn含量過(guò)高，則會(huì)增加鋼的過(guò)熱敏感性。本發(fā)明選用0.1-0.3％mn，提高鋼的可鍛性，降低鋼的熱脆性，提高了鋼的耐高溫性能。

pb作用為降低疲勞強(qiáng)度。但是pb的含量需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，含量過(guò)高則會(huì)降低鋼的沖擊韌性，且降低鋼的塑性，故本發(fā)明經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)且與其他組分進(jìn)行配伍，發(fā)現(xiàn)pb在0.01-0.1％范圍內(nèi)，可以很好的增加鋼的耐疲勞性，且不會(huì)造成鋼塑性的降低。

si在本發(fā)明中主要是作為脫氧劑，并且可以減少晶體的各向異性傾向，增加鋼的強(qiáng)度、耐熱性和耐磨性，在普通鋼鐵中，硅的含量通常為0.4％以上，硅的含量不合適則會(huì)破壞鋼的連續(xù)性，且會(huì)形成與鋼無(wú)法相容的顆粒，增加鋼材料的磨損，不利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，故經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比和篩選，本發(fā)明采用0.2-0.5％范圍內(nèi)的si。

al在本發(fā)明中作為脫氧劑、脫氣劑和致密劑，與氧生成al2o3，形成的al2o3在進(jìn)行表面淬火處理后，可以很好的增加鋼的耐磨性，但是al含量過(guò)高，形成的al2o3則無(wú)法很好的與鋼結(jié)合，減少鋼的均一性，影響鋼的耐磨性，經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，本發(fā)明選擇0.1-0.5％al。

cr在本發(fā)明中增加了鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性，提高鋼的綜合性能，與本發(fā)明的c形成化合物，可以很好的增加鋼的耐磨性、抗氧化性、耐蝕性，傳統(tǒng)的高鉻鋼作為軸承用主要是利用了cr的此種優(yōu)良性能，但是cr含量過(guò)高，則會(huì)出現(xiàn)硬而脆的中間產(chǎn)物，且增加了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，本發(fā)明在傳統(tǒng)的高鉻鋼的基礎(chǔ)上，降低了部分cr的使用量，增加了其他組分，發(fā)現(xiàn)，其他組分的加入，不僅可以提高傳統(tǒng)高鉻鋼的耐磨性，且全面提高了軸承鋼的綜合性能，最終本發(fā)明cr含量為1.1.-1.3％。

s通常作為有害成分存在，本發(fā)明中添加s的原因?yàn)閟與組分中的mn形成的mns，少量mns的存在可在不降低鋼的硬度條件下，增加鋼的塑性，但是s含量過(guò)高，增加塑性，但是會(huì)破壞鋼的連續(xù)性，加熱時(shí)會(huì)引起熱裂等不良影響，故s的含量需嚴(yán)格控制，本發(fā)明選用了0.01-0.05％含量的s。

w增加了鋼的回火穩(wěn)定性、熱強(qiáng)性和耐磨性，提高鋼在高溫時(shí)的抗蠕變能力，但是w的含量過(guò)高，容易與組分中的c、fe等其他成分形成含量過(guò)高的化合物，影響鋼的耐磨性，故本發(fā)明最終選用了0.03-0.1％w。

v在本發(fā)明中主要提高鋼的耐磨性和耐高溫性能，同時(shí)還具有提高鋼強(qiáng)度的效果。v與組分中的c形成的化合物對(duì)提高鋼的硬度和耐磨性效果明顯，同時(shí)該化合物可以與鋼很好的結(jié)合，不會(huì)因?yàn)轭w粒彌散造成的鋼的不均勻，經(jīng)過(guò)對(duì)鋼材料的性能測(cè)定，最終選用0.01-0.5％v。

優(yōu)選地，所述軸承鋼由以下質(zhì)量百分比組分組成：0.6-0.8％c、0.1-0.2％mn、0.05-0.1％pb、0.3-0.5％si、0.3-0.5％al、1.1-1.2％cr、0.02-0.04％s、0.05-0.08％w、0.1-0.3％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

最優(yōu)選地，所述軸承鋼由以下質(zhì)量百分比組分組成：0.7％c、0.2％mn、0.08％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

本發(fā)明所述一種軸承鋼的制備方法，包括以下步驟：(1)熔煉：將fe粉加入到高頻感應(yīng)熔煉爐中融化，待爐內(nèi)的溫度升至1300-1400℃，按以下質(zhì)量百分比加入0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb和0.2-0.5％si，保溫20-30min，繼續(xù)升溫，待溫度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.5％al、1.1.-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5％v，保溫30-40min，得合金液；(2)將合金液轉(zhuǎn)移至精煉爐中，進(jìn)行脫氧、排渣處理，降溫至1200-1300℃，進(jìn)行澆鑄，表面淬火處理，得成品。

進(jìn)一步地，所述表面淬火是指用乙炔一氧火焰快速加熱鋼鐵，隨后用水冷卻。

除非另有說(shuō)明，本發(fā)明中％為質(zhì)量百分比。

有益效果：本發(fā)明所述的軸承鋼具有優(yōu)良的耐磨性、硬度和耐高溫性能。

具體實(shí)施方式

一、原料和檢測(cè)方法

1、原料來(lái)源

本發(fā)明采用的原料的具體參數(shù)如下：

c粉(約1μm)；mn為0.6-1.2mm，購(gòu)自耒陽(yáng)大吉錳業(yè)有限公司；pb粒度為200-300目，cr粒度為80-325目，w粒度為200目，v粒度為100目，購(gòu)自北京興榮源科技有限公司；si粒度為1000目，購(gòu)自徐州凌云硅業(yè)有限公司；其余原料均為市購(gòu)所得。

2、檢測(cè)方法

2-1硬度測(cè)定

參考《gb/t230.1-2009金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》

2-2拉伸試驗(yàn)

參考《gb/t228金屬材料拉伸試驗(yàn)室溫試驗(yàn)方法》

2-3沖擊試驗(yàn)

參考《gb/t229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》

2-4磨損性能測(cè)試

試樣尺寸：4mm×4mm×5mm，磨損面為4mm×4mm。試驗(yàn)所用砂紙為600目氧化鋁耐水砂紙，壓力為90n，用分析天平測(cè)量質(zhì)量，精度為0.1mg。先將試樣進(jìn)行跑合磨損300轉(zhuǎn)(r)，稱量其質(zhì)量，然后正式磨損1500r，再稱一次質(zhì)量，兩次質(zhì)量之差為磨損失重，試樣的相對(duì)耐磨性ε為基準(zhǔn)試樣的磨損量(mg)與該試樣磨損量(mg)的比值，ε＝基準(zhǔn)試樣的磨損量/試樣磨損量。

二、制備方法

2-1將fe粉加入到高頻感應(yīng)熔煉爐中融化，待爐內(nèi)的溫度升至1300-1400℃，按以下質(zhì)量百分比加入0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb和0.2-0.5％si，保溫20-30min，繼續(xù)升溫，待溫度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.5％al、1.1-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5％v，保溫30-40min，得合金液；將合金液轉(zhuǎn)移至精煉爐中，進(jìn)行脫氧、排渣處理，降溫至1200-1300℃，進(jìn)行澆鑄，用乙炔一氧火焰快速加熱鋼鐵，隨后用水冷卻，進(jìn)行表面淬火處理，得成品。

2-2將fe粉加入到高頻感應(yīng)熔煉爐中融化，待爐內(nèi)的溫度升至1300-1400℃，按以下質(zhì)量百分比加入0.5-1％c、0.1-0.3％mn、0.01-0.1％pb和0.2-0.5％si，保溫20-30min，繼續(xù)升溫，待溫度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.5％al、1.1-1.3％cr、0.01-0.05％s、0.03-0.1％w和0.01-0.5％v，保溫30-40min，得合金液；將合金液轉(zhuǎn)移至精煉爐中，進(jìn)行脫氧、排渣處理，在降溫至1200-1300℃，進(jìn)行澆鑄，得成品。

三、樣品制備

實(shí)施例1：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.5％c、0.1％mn、0.01％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例2：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.6％c、0.1％mn、0.05％pb、0.3％si、0.3％al、1.1％cr、0.02％s、0.05％w、0.1％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例3：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.8％c、0.2％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.2％cr、0.04％s、0.08％w、0.3％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例4：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.7％c、0.1％mn、0.06％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例5：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.7％c、0.2％mn、0.08％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例6：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：1％c、0.3％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s、0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例5：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.5％c、0.3％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s、0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例7：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.5％c、0.1％mn、0.1％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s、0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例8：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.5％c、0.1％mn、0.01％pb、0.5％si、0.5％al、1.3％cr、0.05％s0.1％w、0.5％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例9：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：1％c、0.1％mn、0.01％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例10：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：1％c、0.3％mn、0.01％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

實(shí)施例11：根據(jù)2-1方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：1％c、0.3％mn、0.1％pb、0.2％si、0.1％al、1.1％cr、0.01％s、0.03％w、0.01％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

對(duì)比例1：根據(jù)2-2方法，制備由以下組分組成的軸承鋼：0.7％c、0.2％mn、0.08％pb、0.4％si、0.4％al、1.1％cr、0.03％s、0.06％w、0.2％v，余量由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

對(duì)比例2：無(wú)mn，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例3：無(wú)pb，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例4：無(wú)si，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例5：無(wú)al，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例6：無(wú)cr，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例7：無(wú)s，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例8：無(wú)w，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例9：無(wú)v，其余同實(shí)施例5。

對(duì)比例10：無(wú)mn，無(wú)s，其余同實(shí)施例5。

四、檢測(cè)結(jié)果

由表1數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施例5與對(duì)比例1相比，在樣品組分含量相同時(shí)，進(jìn)行表面淬火處理，可以顯著的增加樣品的耐磨性和表面硬度。由對(duì)比例3、對(duì)比例4、對(duì)比例5、對(duì)比例6、對(duì)比例8和對(duì)比例9與實(shí)施例5對(duì)比可以看出，pb、si、al、cr、w和v對(duì)材料的耐磨性影響較大，對(duì)軸承鋼而言，耐磨性是鋼的重要性能，故pb、si、al、cr、w和v的添加，可以很好的提高鋼材的硬度，并且相互間的配比非常重要，互相影響，在提高材料整體性能外，對(duì)鋼耐磨性的提高明顯大于單一成分的添加。通過(guò)對(duì)比例2、對(duì)比例5和對(duì)比例7可以看出，mn、al和s對(duì)鋼的硬度影響較大。并且通過(guò)對(duì)比例可看出，本發(fā)明顯著的提高了軸承鋼的整體性能。測(cè)定每個(gè)樣品的斷面收縮率，對(duì)比例10的斷面基本無(wú)收縮，表明mn與s的加入，可以增加材料的塑性，降低鋼的脆性。另外對(duì)比例2與對(duì)比例7的斷面收縮率分別為97％和96％，鋼的脆性較大，不滿足軸承鋼的對(duì)材料整體性能的要求。

表1樣品性能測(cè)定結(jié)果