[0001] 本发明属于特种钢冶炼技术领域， 具体涉及桥车碳素轮毂轴承用钢及相应的制 造方法。

背景技术

[0002] 轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的转动提 供精确引导， 它既承受轴向载荷 又承受径向载荷， 是一个非常重要的零部件。 因此对制作轮毂轴承的原材料轮 毂轴承用钢性能的要求也越来越高， 特别是对材料的耐磨性、 淬透性、 纯净度 及组织均匀性等性能都有着严格的要求。 目前国内外的碳素轮毂轴承用钢 G55、 C56E2等产品， 由于产品质量的局限， 不能完全满足高端汽车用户对轮毂轴承用 钢的需求， 因此， 产品性能更优的轮毂轴承用钢的幵发迫在眉睫 。

[0003] 根据轮毂轴承的使用条件， 轮毂轴承用钢必须具备下列性能： 高的疲劳强度、 弹性强度、 屈服强度和韧性， 高的耐磨性能， 高且均匀的硬度， 一定的抗腐蚀 能力。 此外， 用户在对材料加工吋， 由于需要对轮毂轴承套圈沟道处进行表面 淬火， 对钢材的淬透性能也提出了要求。

[0004] 钢中的非金属夹杂物破坏了金属的连续性和均 匀性。 根据轴承的使用条件， 在 交变应力的作用下， 夹杂物易于引起应力集中， 成为疲劳裂纹源， 降低轴承的 疲劳寿命。 特别是对于硬脆性夹杂物， 如沿轧制方向排列成串状或点链状的 Al ₂ 0 ₃ 夹杂 （B类） ， 不变形的点状或球状夹杂 （D类） 以及大颗粒点状或球状夹杂

(Ds类） ， 由于其不具有塑性， 在加工和使用过程中难以变形， 构成应力集中 ， 使疲劳裂纹萌生期缩短， 影响了疲劳性能的提高。 为提高最终产品轮毂轴承 的使用寿命， 钢材的纯净度非常重要， 必须尽可能降低钢中非金属夹杂物， 特 别是不变形的硬脆性夹杂物尺寸和数量。

[0005] 高端轮毂轴承钢对组织均匀性、 成份偏析是十分敏感的， 特别是中心碳的偏析 ， 它会导致轴承组织的不均匀， 严重影响产品的性能， 降低轴承的使用寿命。 因此需要保证钢材的组织均匀性， 降低钢材的中心碳偏析。 技术问题

[0006] 本发明为满足轮毂轴承用钢材的强度、 硬度、 韧性、 耐磨性及淬透性要求， 本 发明通过对钢材化学成分进行合理设计， 发明了一种新的微合金化轿车碳素轮 毂轴承用钢 C56E2XS。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 本发明 C56E2XS钢种要求的非金属夹杂物要求见下表 1 :

[0008] 表 1

[0009] 非金属夹杂物根据 GB/T 10561 A法检验， 各类夹杂物最大值不超过表 1要求。

[0010] 本发明 C56E2XS要求的钢材检验中心碳偏析区域的碳含� �不超过正常熔炼碳含 量的 10%， 远远低于现有中心碳偏析量。

[0011] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为： 一种微合金化轿车碳素轮毂轴承用 钢， 化学成分按质量百分比计为 C: 0.45—0.70%, Si: 0.10〜0.50<¾， Mn: 0.30

〜0.70<¾，

Cr: 0.20〜0.60<¾， P<0.025% , S: 0.003〜0.030<¾， Mo<0.1%, Ni<0.2% , A1<0. 04% , Cu<0.3%, Ca<0.001%, Ti<0.003% , O<0.001% , As<0.04% , Sn<0.03% ， Sb<0.005% , Pb<0.002% , 余量为 Fe及不可避免的杂质。

[0012] 本发明轮毂轴承钢的化学成分设计依据入如下 ：

[0013] 1) C含量的确定

[0014] C是钢中最经济、 最基本的强化元素， 通过固溶强化和析出强化可明显提高钢 的强度， 但 C过高会对钢的韧性及延性能带来不利影响。 本发明 C含量的范围确 定为 0.45〜0.70%， 本发明涉及钢材属于中碳钢范畴；

[0015] 2) Si含量的确定

[0016] 钢中加入 Si， 可以强化铁素体， 提高强度、 弹性极限和淬透性， 但是 Si使钢中 的过热敏感性、 裂纹和脱碳倾向增大。 本发明 Si含量的范围确定为 0.10-0.50%。

[0017] 3) Mn含量的确定

[0018] Mn作为炼钢过程的脱氧元素， 能提高钢的淬透性， Mn还能固定钢中的硫的形 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的生产， 因 此钢中含有少量锰 （Mn含量在 0.10-0.70%) ， 能提高钢的纯净度和性能。 但钢 中 Mn含量过高， 会产生较明显的回火脆性现象， 而且 Mn有促进晶粒长大的作用 ， 因此会导致钢的过热敏感性和裂纹倾向性增强 ， 且尺寸稳定性降低， 对客户 使用产生不利影响。 此外， Mn含量高， 还会降低钢材抗腐蚀能力， 影响最终成 品轴承的使用性能。 目前国内外中碳碳素轮毂轴承钢 （如 G55、 C56E2等） ， 其 Mn含量一般要求在 0.70-0.90%， 实际控制在 0.80%左右， 由于 Mn含量偏高， 钢 材表面裂纹多， 客户在加热锻造吋易产生幵裂， 既影响了客户使用， 也降低了 成品轴承的使用寿命。 为弥补上述产品的不足， 钢中既要添加一定量的 Mn元素 ， 从而保留其提高钢材淬透性和纯净度等有利因 素， 同吋 Mn含量又不宜过高， 尽可能降低其不利影响， 本发明 Mn含量的范围确定为 0.30-0.70%。

[0019] 4) Cr含量的确定

[0020] Cr是碳化物形成元素， 能够提高钢的淬透性、 耐磨性和耐腐蚀性能。 钢中的 Cr ， 一部分置换铁形成合金渗碳体， 提高钢材的回火稳定性； 一部分溶入铁素体 中， 产生固溶强化， 提高铁素体的强度和硬度。 此外， Cr还能减小钢的过热倾 向和表面脱碳速度。 但 Cr含量过高， 与钢中的碳结合， 容易形成大块碳化物， 这种难溶碳化物使钢的韧性降低， 轴承寿命下降， 而且 Cr含量过高， 钢材的硬 度过大， 不利于客户加工使用 （客户一般要求碳素轮毂轴承用钢的硬度≤255 HB W) 。 目前国内外的碳素轮毂轴承钢， Cr都作为钢中的残余元素， 一般要求≤0.2 %, 不会特意添加。 但本发明考虑到钢中添加 Cr元素能提高钢材的强度、 硬度、 耐腐蚀性和耐磨性等性能， 从而提升成品轴承的使用寿命， 而且还可以弥补因 M n含量偏低导致钢材淬透性降低的不利影响。 但添加的 Cr元素过高， 会导致钢材 硬度过大， 不利于客户加工以及易形成难溶碳化物。 综上考虑， 本发明根据 Mn 的设计含量将 Cr含量的范围确定为 0.20-0.60%。

[0021] 5) A1含量的确定 [0022] Al作为钢中脱氧元素加入， 除为了降低钢水中的溶解氧之外， A1与 N形成弥散 细小的氮化铝夹杂可以细化晶粒， 但 A1含量大， 钢水熔炼过程中易形成 A1 ₂ 0 ₃ 等 脆性夹杂， 降低钢水纯净度。 本发明 A1含量的范围确定为≤0.04%。

[0023] 6) Ca含量的确定

[0024] Ca含量会增加钢中大尺寸点状氧化物的数量和� ��寸， 同吋由于点状氧化物硬度 高， 塑性差， 在钢变形吋其不变形， 容易在交界面处形成空隙， 使钢的性能变 差。 本发明 Ca含量的范围确定为≤0.001%。

[0025] 7) Ti含量的确定

[0026] Ti对轴承危害方式是以氮化钛， 碳氮化钛夹杂物的形式残留于钢中。 这种夹杂 物坚硬、 呈棱角状， 严重影响轴承的疲劳寿命， 特别是在纯洁度显著提高， 其 他氧化物夹杂数量很少的情况下， 含钛夹杂物的危害尤为突出。 含 Ti夹杂物不仅 降低轴承的疲劳寿命， 而且影响轴承的粗糙度。 本发明 Ti含量的范围确定为≤0.0 03<¾。

范围确定为≤0.001<¾。

[0029] 9) P、 S含量的确定

[0030] P在钢中严重引起凝固吋的偏析， P溶于铁素体使晶粒扭曲、 粗大， 且增加冷脆 性。 本发明 P含量的范围确定为≤0.025%。 S使钢产生热脆性， 降低钢的延展性和 韧性， 但在钢中加入适量 S， 可以改善切削加工性，

本发明 S含量的范围确定为 0.003-0.030%。

[0031] 9) As、 Sn、 Sb、 Pb含量的确定

[0032] As、 Sn、 Sb、 Pb等微量元素， 均属低熔点有色金属， 在轴承钢中的存在， 弓 I 起轴承零件表面出现软点， 硬度不均， 因此将它们视为钢中的有害元素， 本发 明这些元素含量的范围确定为 As≤0.04<¾， Sn<0.03%, Sb<0.005% , Pb<0.002%

[0033] 上述微合金化轿车碳素轮毂轴承用钢的制造流 程为电炉或转炉一炉外精炼_ _VD或 RH真空脱气一连铸一连轧一锯切一堆冷一精整� ��表面及 内部探伤一包装。

[0034] 主要生产工艺特点如下：

[0035] 1、 采用优质铁水、 废钢及原辅料， 降低钢水中有害元素含量。

[0036] 2、 加强精炼过程的脱氧， 保证钢中残铝量,利用钢水中的良好的动力学� �件， 进行集中提前脱氧和 VD真空脱气处理， 使非金属夹杂物充分上浮并控制较低的 气体含量。

[0037] 3、 控制钢中夹杂物含量及尺寸和组成形态， 采用电炉控制下澄技术、 精炼澄 组成及控制、 脱氧剂的选择和加入工艺优化、 真空处理工艺优化、 中间包冶金 ， 大包下澄检测等技术， 连铸全程防氧化保护来减少钢中的夹杂物数量 ， 另外 选用优质耐材减少外来夹杂对钢水污染的控制 技术， 强化对生产过程的控制， 从而控制夹杂物形态和组成。

[0038] 4、 连铸过程中浇注过热度不超过 35°C， 并配备合适的拉速及二冷段冷却强度 ， 保障连铸坯的组织生长。

[0039] 5、 连铸过程采用 M-EMS和 F-EMS双联， 有效改善和降低连铸坯的成分偏析， 尤其地， 在增加凝固末端电磁搅拌后， 铸坯凝固组织的致密度得到了提高， 铸 坯中心疏松和缩孔得到了有效控制， 而二次枝晶臂间距得到明显改善， 中心等 轴晶率明显提高,晶粒得到细化，从而显著地� �善了铸坯的质量， 降低成分偏析。

[0040] 6、 连轧前， 对连铸坯进行高温扩散， 加热温度为 1150〜1250°C， 加热吋间≥31 。 改善钢材的偏析。

[0041] 7、 对钢材进行表面及内部探伤， 保证出厂钢材的质量。

发明的有益效果

有益效果

[0042] 1) 合理设计化学成分， 满足钢材强度、 硬度、 韧性、 耐磨性及淬透性等要求 ； 2) 降低钢材非金属夹杂物尺寸和数量， 保证钢材的纯净度要求； 3) 降低钢 材的中心碳偏析， 保证钢材的组织均匀性要求。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0043] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。 [0044] 本发明各实施例中碳素轮毂轴承用钢和 （作为对比的） 目前市场上所用的 G55 以及国外 C56E2轮毂轴承钢的化学成分 （wt%) 见表 2、 表 3，

[0045] 表 2

[] [表 1]

[0046] 表 3

[表 2]

[0047] 各实施例的碳素轮毂轴承钢的制造流程为电炉 或转炉 -炉外精炼- --真空脱气

(VD或 RH) —-连铸-—连轧一锯切— -堆冷—-精整-—表面及内部探伤-—包装。

[0048] 按照化学成分配比， 选用优质铁水、 废钢及原辅料， 降低钢水中有害元素含量 ； 加强精炼过程的脱氧， 保证钢中残铝量,利用钢水中的良好的动力学� �件， 进 行集中提前脱氧和 VD真空脱气处理， 使非金属夹杂物充分上浮并控制较低的气 体含量； 控制钢中夹杂物含量和尺寸和组成形态， 采用电炉控制下澄技术、 精 炼澄组成及控制、 脱氧剂的选择和加入工艺优化、 真空处理工艺优化、 中间包 冶金， 大包下澄检测等技术， 连铸全程防氧化保护， 来减少钢中的夹杂物数量 ， 另外选用优质耐材减少外来夹杂对钢水污染的 控制技术， 强化对生产过程的 控制， 从而控制夹杂物形态和组成。

[0049] 连铸过程采用低过热度浇注， 浇注过热度不超过 35°C， 并配备合适的拉速及二 冷段冷却强度， 同吋连铸采用先进的 M-EMS和 F-EMS双联措施， 有效地改善和 降低连铸坯的成分偏析。 轧钢通过高温扩散， 加热温度 1150〜1250°C， 加热吋间 ≥3h， 改善钢材的偏析。 [0050] 各实施例钢材的机械性能对比见表 4

[0051] 表 4

[]

[0052]

[0053] 由表 3可知， 本发明以上各实施例中的碳素轮毂钢与现有轮 毂钢相比， 强度、 硬度、 韧性、 耐磨性及淬透性等要求相当， 并略优于现有轮毂钢。

[0054] 另外， 经检测， 本发明各实施例中的 C56E2XS钢材检验中心碳偏析区域的碳含 量不超过正常熔炼碳含量的 10%， 中心碳偏析得到了显著限制， 从而保证了钢材 的组织均匀性。

[0055] 实施例中的各 C56E2XS钢材的非金属夹杂物满足表 1的严格要求。

本发明的实施方式

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工业实用性

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序列表自由内容

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