[发明专利]一种铌微合金化高碳铬轴承钢及其热轧生产方法

说明书

技术领域

 本发明属于金属材料领域，是一种高碳铬轴承钢，具体涉及一种铌微合金化高碳铬轴承钢及其热轧生产方法。

背景技术

轴承钢是所有合金钢中质量要求最严格及检验项目最多的钢种。轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展。目前我国轴承钢年产量世界第一，材质水平也取得了显著的进步。但是，与国际先进水平相比，仍存在很大差距，主要表现在纯净度、组织均匀性和稳定性等方面。因此，以国家现代轨道交通和先进制造发展战略为导向，以市场需求为牵引，重大装备用轴承钢关键技术研发已经列入“十二五”国家863计划项目。

微合金化技术在高品质特殊钢研发领域中具有广阔的应用前景。此前对铌钢的深入研究和成功应用主要集中在低碳钢领域，但近几年在中高碳钢领域已经开展了一系列创新性的基础研究和应用推广工作，揭示了铌在中高碳钢中的冶金特性和积极作用。例如，研究表明适量的铌微合金化能够提高弹簧钢的强韧性、耐腐蚀、抗弹性减退和抗氢致延迟断裂等性能，降低其脱碳敏感性；能够提高硬线的强塑性和拉拔深加工性能。因此，开展了铌微合金在轴承钢中的作用机理及应用基础研究工作，确定了铌微合金的添加量，取得了很好的效果，研发出了新型高性能铌微合金化高碳铬轴承钢。

本发明就是该铌微合金化高碳铬轴承钢及其热轧生产方法。其具有热轧材网状碳化物厚度薄甚至无网状碳化物；使用时，球化退火过程中脱碳敏感性低，以及淬火回火处理后无碳化物网状、碳化物带状级别低，组织细小、均匀。从而能够满足装备制造业对轴承钢越来越高的性能要求，进一步推动铌微合金化在中高碳钢中的成功应用。

发明内容

本发明涉及一种铌微合金化高碳铬轴承钢，其特征在于，在普通高碳铬轴承钢成分基础上，添加了质量百分比为0.010~0.040%Nb。其中，Nb以铌铁合金的形式在冶金末期加入。

所述铌微合金化高碳铬轴承钢化学成分质量百分比为：0.95~1.05%C、0.15~0.85%Si、0.15~0.45%Mn、0.35~1.95%Cr、0.010~0.040%Nb、Mo≤0.40%、P≤0.025%、S≤0.025%、Cu≤0.25%，余量为Fe及不可避免杂质。

钢中各主要合金元素的作用：

碳（C）：高碳铬轴承钢中，碳的含量一般在1.0%左右。其是保证轴承钢具有足够淬透性、硬度值和耐磨性的最重要的元素之一。研究指出，为使淬回火后钢HRC大于60，至少要加入0.80%以上的碳。但是再增加碳含量，硬度提高不多，反而会产生大块碳化物。

硅（Si）：钢种加入硅，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，改善回火软化性能。在高碳铬轴承钢中，硅使钢的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向性增大。虽然有的研究认为，含硅轴承钢马氏体中的硅含量达到1.50%时，对提高疲劳寿命作用较大，并能改善钢咋淬回火状态下的韧性。但是，硅使钢在球化退火状态的切削和冷加工性能变坏，所以一般应把硅控制在0.85%以下，最好不要超过0.5%。

锰（Mn）：锰和铬一样是碳化物形成元素，能代替部分铁原子形成(Fe·Mn)₃C型碳化物。但是这种碳化物与铬的碳化物(Fe, Cr)₃C不同，加热时易溶于奥氏体，回火时也易析出和聚集。锰能显著提高钢的淬透性，部分锰溶于铁素体中，提高铁素体的硬度和强度。锰能固定钢中硫的形态并形成对钢的性能危害较小的MnS和(Fe, Mn)S，减少或抑制FeS的生成。因此，在高碳铬轴承钢中含有少量的锰，能提高钢的性能和纯洁度。但是，锰量过高，会使钢种残余奥氏体增加，钢的过热敏感性和裂纹倾向性增强，且尺寸稳定降低。

铬（Cr）：铬是碳化物形成元素，主要作用是提高钢的淬透性和耐腐蚀性能，并可提高强度、硬度、耐磨性、弹性极限和屈服极限。在高碳铬轴承钢中，铬能显著改变钢中碳化物的分布及其颗粒大小，是含铬的渗碳体型碳化物(Fe·Cr)₃C退火聚集的倾向性变小。因此，铬是高碳铬轴承钢碳化物变得很细小、分布均匀，并扩大了球化退火的温度范围，一部分铬溶于奥氏体中，提高马氏体回火稳定性。铬还能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度。一般高碳铬轴承钢铬含量在0.5~1.65%之间，再高会因残余奥氏体量增加而降低硬度。同时过高的铬含量容易形成大块碳化物，如Cr₇C₃这种难容碳化物使钢的韧性降低，轴承寿命下降。