[发明专利]一种耐冲击载荷轴承用钢及其热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，特别涉及一种轴承用钢及其制备方法。

背景技术

轴承是在机械设备中的关键基础零部件，其服役条件十分复杂，要求轴承不仅要具有优良耐磨性，同时还要具有高的抗滚动接触疲劳性能。而对于一些在服役过程中还受到较大载荷冲击的轴承，如轧机轴承、矿山机械轴承、风电轴承等，除要求轴承具有高耐磨性、抗接触疲劳性能外，还要求轴承内部具有高的韧性，可以抵抗冲击载荷。因此这类轴承通常选用渗碳轴承钢制造。

传统最常用的渗碳轴承钢为G20Cr2Ni4A钢，经过马氏体淬、回火处理后为马氏体轴承钢，具有高硬度、优异的耐磨性和滚动接触疲劳性能，因此在世界范围内获得最为广泛的应用。然而，G20Cr2Ni4A钢中Ni含量高达3.25～3.75wt％，轴承钢的原材料成本非常高，降低轴承钢的成本，一直是轴承行业的需求。因此，我国也开发了一些低Ni含量或无Ni的渗碳轴承钢，如G20CrMo，G20CrNiMo，G20CrNi2Mo，G10CrNi3Mo，G20Cr2Mn2Mo等钢种，这些渗碳轴承经最终热处理工艺处理后均为马氏体轴承。

近年来，新型渗碳轴承钢不断发展。专利ZL201110156392.7公开了一种化学成分为C：0.16～0.24、Si≦0.1、Mn≦0.1、Cr：0.3～1.5、Ni：1.50～4.50、Mo：0.3～1.5、Nb：0.02～0.10、V：0.3％～0.9，的轴承钢，最终的热处理工艺为油淬加低温回火处理。专利ZL 201110156409.9公开了一种高速铁路用渗碳轴承钢及其制备方法，其所研发轴承钢的成分为C：0.18～0.24、Si≦0.1、Mn≦0.1、Cr：0.5～2.0、Ni：1.50～4.50、Mo：0.3～1.5、Nb：0.02～0.10、V：0.3％～0.9，热处理工艺为淬火+深冷处理+低温回火处理。公开号为CN102653843A的专利公开了一种渗碳轴承钢，其主要化学成分为C：0.10～0.16、Si:0.15～0.40、Mn：0.40～0.90、Cr：1.3～1.8、Ni：3.10～3.80、Mo：0.02～0.09、Al：0.015～0.04。专利CN104694847A公开了一种含Ni渗碳轴承钢，其最终热处理工艺为淬火温度800-900℃，回火温度150-170℃。这些渗碳轴承钢热处理后组织均为马氏体组织。同时为了保证马氏体轴承钢具有足够的韧性，在这些轴承钢组织中均加入了不少于1.5wt.％的Ni元素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够大幅度降低Ni的含量、节约能源、降低成本的耐冲击载荷轴承用钢及其热处理方法。本发明主要通过在轴承钢原材料中加入Si合金元素抑制碳化物析出，加入Al合金元素，既保证形成足够的AlN细化晶粒，又起到加快贝氏体转变、抑制碳化物析出，减少了残余奥氏体的含量，同时保证轴承的表面硬度和心部的韧性。

本发明的技术方案如下：

一种耐冲击载荷轴承用钢，它是一种表面为以纳米尺寸为主的多尺度贝氏体、结合少量马氏体、少量残余奥氏体和保留的未溶碳化物组成的混合组织，心部为低碳马氏体与下贝氏体组成的混合组织的轴承用钢；它的化学成分质量百分比为C：0.18～0.30、Si：1.50～1.80、Mn：0.20～1.00、Cr：1.50～2.00、Ni：0.10～0.30、Al：0.05～0.80、Mo：0.20～0.40、W:0.20～0.50、N：0.0065～0.01，S：≦0.010、P：≦0.015、O：≦0.0008、Ti：≦0.003、H：≦0.00015，其余为Fe和正常杂质。

上述轴承钢的热处理方法：

(1)对上述成分的轴承用钢加工成轴承后，对其表面进行常规渗碳处理，渗碳后表面碳含量为0.80-1.10wt.％，有效渗碳硬化层深度1.0～8.0mm，硬度不低于HRC58渗碳层深度0.6～3.2mm，随后进行常规球化退火处理；

(2)对步骤(1)的轴承进行最终热处理，加热到840-880℃保温1～3h，然后将其冷却至Ms_表层-(10～30)℃，保温时间2～5min，随后放到Ms_表层+(10～30)℃等温3～5h，继续升温至Ms_表层+(50～70)℃保温1～2h，最后空冷至室温。

本发明与现有技术相比具有如下优点：