[发明专利]一种高速动车轴承滚动体用钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高速动车轴承滚动体用钢及其制造方法，钢的化学成分是在国标GB/T18254中GCr15元素设计的基础上对有害元素及微量元素设计：Nb：0.03～0.06％，V：0.04～0.07％，Cu：0.08～0.15％，Ni：0.08～0.15％，S≤0.005％，P≤0.010％，Ti≤0.0010％，O≤0.0005％，H≤0.0002％，As≤0.007％，Sn≤0.005％，Sb≤0.005％，Pb≤0.0015％，其他元素满足国标GB/T18254中GCr15要求，余量为Fe及不可避免的杂质。制造流程为铁水预处理→初炼→钢包精炼→真空循环脱气→连铸→热送→轧制成中间坯→缓冷→加热轧制成材+轧后控冷→精整→表面及内部探伤→包装。按照JB/T10510‑2005进行接触疲劳寿命试验，在室温(20℃±5℃)和4.5GPa循环应力条件下，疲劳寿命试样块热处理质量符合GB/T34891‑2017，接触疲劳额定寿命L₁₀≥2×10⁷次。

技术领域

本发明属于铁基合金技术领域，尤其涉及一种轴承滚动体用钢及其制造方法。

背景技术

随着我国高速动车高速化发展，中国高速动车无论是在运行长度还是速度，都处于世界前列，动车各部件国产化率已达到了97％，但还存在未国产化的3％，其中就包括重要制造单元——高速动车轴承。高速动车轴承在高载荷与高速情况下承受着横向和纵向强大的多种周期交变负荷，若高速动车轴承材料质量不佳，易在轴承接触面出现龟裂剥落情形，导致轴承早期失效，影响高速动车正常运行。目前，高速动车正向着高速和高效方向发展。给高速动车轴承的设计、制造、使用、维修和检测带来了一场革命，同样也对高速动车轴承材料提出了更高的要求。作为高速动车轴承的重要组成单元——高速动车轴承滚动体。在高速动车轴承高速运转时，高速动车轴承滚动体同时与轴承内外圈接触，其工作环境更加多变复杂。高速动车轴承滚动体材料在纯净度、成分均质性、组织均匀性等性能上要比普通轴承材料的要求更高。

高速动车轴承主要由轴箱轴承、齿轮箱轴承和牵引电机轴承组成。高速动车轴承滚动体作为高速动车轴承的重要组成部分，由于其工作环境的复杂多变性，制造此类轴承的材料需具备高强度、高硬度、高耐磨性等特性，故对高速动车轴承滚动体原材料也提出了更高的要求。使得生产高速动车轴承滚动体用钢具有很高的技术复杂度,是公认的国产化难度最大的技术之一。目前，高速动车轴承滚动体用钢主要还是依靠进口，被国外瑞典OVAKO、日本山阳等轴承钢生产知名企业垄断。

虽然我国近些年真空脱气连铸工艺生产的轴承钢在生产质量上取得了很大进步，但与国外先进轴承钢生产企业的生产水平仍存在一定的差距，特别是在纯净度、成分均质性和组织均匀性等方面的控制技术方面还不成熟。欲使高速动车轴承国产化，就必须提升真空脱气连铸工艺的过程控制水平，让产品质量达到国外先进水平。

发明内容

本发明的目的是要提供一种轴承滚动体用钢及其制造方法，满足高速动车轴承滚动体用钢的使用要求。

为了满足高速动车轴承滚动体用钢高强度、高硬度、高耐磨等性能要求，本发明为满足前述特性要求在钢材纯净度、成分均质性、组织均匀性方面都进行针对性的研究，对钢材的有害元素P、S、Ti、O、As、Sn、Sb、Pb、Ca、H进行了设计：首先，选用低含量As、Sn、Sb、Pb、Ca的铁水和废钢，在冶炼过程中，在进行铁水预处理时在铁水罐中加入复合剂(脱磷硫处理)及氧化剂(脱钛处理)，在机械搅拌作用下进行化学反应脱磷、硫、钛；其次，在初炼阶段进一步去除有害元素磷(P≤0.010％)和钛(Ti≤0.0020％)，同时在出钢过程中配加钢中所需元素；最后，在精炼过程中设计低钛低氧低硫控制技术将钢中氧控制在0.0005％以下，钛控制在0.0010％以下，硫控制在0.005％以下，并对合金元素的含量进行调整达到产品设计要求，且要求每批次成品所需主元素成分波动控制在±0.02％；再次通过真空循环脱气炉RH或VD炉去除有害元素氢(H≤0.0002％)。