具有改善的耐疲勞性的軸承鋼及其制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 本申請要求在35U. S. C § 119下于2014年11月21日提交于韓國知識產(chǎn)權(quán)局的韓 國專利申請?zhí)?0-2014-163799的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及具有改善的耐疲勞性（fatigue durability)的軸承鋼（bearing steel)及其制造方法，并且涉及含有球化復合碳化物（以提供優(yōu)異的硬度和強度和改善的 疲勞壽命等）的軸承鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在車輛工業(yè)中，以將二氧化碳的排放量減少至95g/km為目標已經(jīng)開發(fā)了各種環(huán) 保車輛，根據(jù)歐洲法規(guī)到2021年排放量是其現(xiàn)有量的27%。此外，車輛制造商努力開發(fā)技 術(shù)以減小尺寸并改善燃料經(jīng)濟性，以滿足54. 5mpg (23. 2km/l)，這是在美國至2025年公司 平均燃料經(jīng)濟性（CAFE)的法規(guī)。
[0005] 特別地，已經(jīng)開發(fā)了用于發(fā)動機的高性能和高效率技術(shù)，以及用于最大化車輛的 燃料經(jīng)濟性的變速箱（transmission)，并且該技術(shù)包括齒輪（gear，檔位）數(shù)目的增加、新 概念啟動裝置、高效雙栗系統(tǒng)、混合動力混合技術(shù)（fusion hybrid technology)、涉及自動 /手動混合動力變速箱（fusion transmission)和混合變速箱（hybrid transmission)的 技術(shù)等。
[0006] 在變速箱中使用的專用鋼（specialized steel)用于變速箱中的支架 (carrier)、齒輪、環(huán)狀齒輪（annulus gear)、軸、同步器轂（synchronizer hub)等。專用鋼 的使用比率目前是基于鋼的總重量的約58至62wt%。例如，在變速箱的小齒輪軸（pinion shaft)、滾針軸承（needle bearing)、和基于發(fā)動機氣門組系的滾柱擺臂（engine valve train-based roller swing arm)等中，由于要求減輕重量和減小尺寸，存在對于開發(fā)高強 度和高耐久性的材料的持續(xù)的需要，并且到目前為止，已經(jīng)使用了含1.5wt%的鉻（Cr)的 SUJ2 鋼。
[0007] 然而，因為由于縮小化（downsizing)和部件，如軸承等的尺寸減小導致的增加的 條件嚴重性，材料的耐久性降低，這導致對表面的損傷，并且當沒有潤滑時，升高了表面溫 度并且降低了在高溫和高轉(zhuǎn)速環(huán)境下的硬度。
[0008] 例如，對于用于將旋轉(zhuǎn)軸固定至預定位置、支持軸的重量及施加至軸的載荷，并且 使軸旋轉(zhuǎn)的軸承，將重復的載荷（r印eated load)按比例施加至旋轉(zhuǎn)數(shù)。為了承受重復載 荷，需要耐疲勞性、耐磨損性等。
[0009] 通常，軸承鋼在轉(zhuǎn)爐（converter)或電爐中進行煉鋼，在鑄桶（ladle)中精煉，同 時保持強的還原氣氛以減少非金屬內(nèi)含物的量，通過真空脫氣法在氧含量降低至12ppm或 以下的情況下精煉，此后，通過饒鑄過程凝固成扁鋼錠（cast slab)或鋼錠（steel ingot)， 進行裂紋擴散處理（crack diffusion treatment)，以除去偏析（segregation)和存在于材 料中心的大的碳化物，并乳制。
[0010] 此后，在乳制廠中進行強烈的慢冷卻操作以軟化材料從而生產(chǎn)軸承鋼線材（Wire rod)或棒材，并且通過球化熱處理、鍛造、淬火，回火和磨削（grinding)過程等將生產(chǎn)的線 材制造成軸承廣品。
[0011] 在前述制造過程中，球化熱處理過程主要在高溫下通過擴散進行，以及球狀顆粒 通過類似于Ostwald熟化原理（Ostwald ripening principle)的方法生長以形成球化組 織。
[0012] 然而，因為球化過程是要求球狀顆粒生長的過程，對于球化花費了很長的時間，并 且因此增加制造成本。因為由于縮小化，尺寸縮小等導致的軸承的嚴重程度增加，難以保證 足夠的強度和耐久壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 通過在軸承鋼中有效地精細地形成球化復合碳化物（通過調(diào)整軸承鋼的合金組 分和含量并且控制過程條件），本公開已經(jīng)努力提供具有改善的強度，耐久壽命等的軸承 鋼。
[0014] 本公開的示例性實施方式提供了軸承鋼，基于軸承鋼的總重量，其可以包含1. 0 至 1. 3wt % 的碳；0· 9 至 1. 6wt % 的娃；0· 5 至 1. Owt % 的猛；1. 5 至 2. 5wt % 的鎳；1. 5 至 2.5￥七％的鉻；0.2至0.5￥七％的鉬；0.01至0.06￥七％的鋁 ；0.01至0.^^%的銅；選自由大 于Owt%且小于0. 38wt%的f凡和大于Owt%且小于0. 02wt%的銀組成的組中的至少一種； 以及余量的鐵。
[0015] 軸承鋼可以包含至多0· 006wt%的氮、0· OOlwt%的氧、0· 03wt%的磷和0· Olwt% 的硫。
[0016] 制造軸承鋼的方法可以包括以下步驟：在720至850 °C下將合金的線材一次 球化（primarily spheroidizing)4至8小時，所述合金基于軸承鋼的總重量包括，1. 0 至 1. 3wt % 的碳；0· 9 至 1. 6wt % 的娃；0· 5 至 1. Owt % 的猛；1. 5 至 2. 5wt % 的鎳；1. 5 至 2. 5wt%的鉻；(λ 2至0· 5wt%的鉬；(λ 01至(λ 06wt%的鋁；(λ 01至0· lwt%的銅；選自由 以下各項組成的組中的至少一種：大于〇wt%且小于0. 38wt%的f凡和大于Owt%且小于 0. 02wt%的鈮；以及余量的鐵；將一次球化線材拉絲；在720至850°C下將拉絲的線材二次 球化（secondarily spheroidizing)4至8小時；鍛造二次球化線材以形成軸承鋼；并且將 軸承鋼淬火，快速冷卻，并且回火。
[0017] 淬火的步驟可以在840至860°C下進行0. 5至2小時，并且在150至190°C下回火 0. 5至2小時。
[0018] -次球化線材的步驟可以包括球化選自由Me3C、Me7C 3、Me23Q^P MeC碳化物組成的 組中的至少一種，其中，Me是金屬離子。
[0019] Me3C、Me7C3和Me 23C6碳化物中的Me可以是選自由絡、鐵和錳組成的組中的至少一 種。
[0020] MeC碳化物中的Me可以是選自由鉻、鐵、釩、鈮和鉬組成的組中的至少一種。
[0021] 在具有前述構(gòu)成的本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式中，能夠有助于使用軸承鋼的車 輛的厚度下降、重量減輕、設(shè)計的自由度等，并且通過在軸承鋼中精細地形成復合碳化物等 以改善軸承鋼的強度、硬度、疲勞壽命等，以及有助于高度強化從而確保降低成本等。
【具體實施方式】
[0022] 在本說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語和詞語不應該解釋為限于典型的含義或字 典含義，而應該基于發(fā)明人可以適當?shù)囟x術(shù)語的概念以便以最佳的方式描述他/她自身 的發(fā)明構(gòu)思的原理，解釋為具有符合本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)精神的含義和概念。
[0023] 在下文中，將詳細說明本發(fā)明構(gòu)思。本發(fā)明構(gòu)思涉及具有改善的耐疲勞性，如疲勞 強度和疲勞壽命的軸承鋼，其可以應用至車輛的發(fā)動機和變速箱等，以及制造其的方法。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的軸承鋼可以包括碳（C)、硅（Si)、錳（Μη)、鎳（Ni)、鉻（Cr)、鉬 (Mo)、鋁（A1)和銅（Cu)，并且可以另外地包括選自由釩（V)和鈮（Nb)組成的組中的一種 或多種，并且另外地包括余量的鐵（Fe)，不可避免的雜質(zhì)等。在此，雜質(zhì)可以包括選自由氮 (N)、氧（0)、磷⑵和硫⑶組成的組中的一種或多種。
[0025] 例如，基于軸承鋼的總重量，碳（C)的含量可以是1. 0至1. 3wt%，硅（Si)的含量 可以是0.9至1.6wt%，錳（Μη)的含量可以是0.5至lwt%，鎳（Ni)的含量可以是1.5至 2.5wt%，鉻（Cr)的含量可以是1.5至2.5wt%，鉬（Mo)的含量可以是0.2至0.5wt%，鋁 (A1)的含量可以是0.01至0.06wt%，銅（Cu)的含量可以是0.01至O.lwt%，釩（V)的含 量可以大于〇wt%且小于0. 38wt%，銀（Nb)的含量可以大于Owt%且小于0. 02wt%，雜質(zhì) 的氮（N)含量可以是0. 006wt%或更小，氧（0)的含量可以是0.0 Olwt%或更小，磷⑵的 含量可以是〇. 〇3wt%或更小以及硫（S)的含量可以是0.0 lwt%或更小。
[0026] 同時，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一種實施方式的軸承鋼可以包括球化的復合碳化物等， 并且元素，如釩（V)和鈮（Nb)是可以用于形成球化復合碳化物的元素。
[0027] 在本發(fā)明構(gòu)思的一種實施方式中，包含Me3C、Me7C 3和Me 23(：6碳化物和MeC碳化物 的復合碳化物是可以存在于鋼中的沉淀物。包含前述碳化物的復合碳化物用于改善軸承鋼 的強度等，并且延長耐久壽命等。
[0028] 例如，Me3C