用於高溫連接工藝的鋼和部件的製作方法

2023-05-30 09:10:51 1

專利名稱：用於高溫連接工藝的鋼和部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於高溫連接工藝的鋼和包含這種鋼的軸承部件。
背景技術：
許多金屬部件在其製造過程中要經過高溫連接工藝，如閃光對焊。閃光對焊(flush butt welding)是一種電阻焊接技術，用來連接金屬欄杆(rail)、杆(IOd)、鏈或管的片段，其中所述片段端部對端部排列並加電，產生融化並焊接所述片段各端部的電弧，進而得到非常強和光滑的連接。閃光對焊電路通常由低電壓，高電流的能源(通常是焊接變壓器)和兩個夾持電極組成。待焊接的兩個片段夾在電極中並接近，直到他們相遇，使得發生輕微接觸。變壓器加電，產生高密度的電流流過彼此接觸的區域。閃光開始，在足夠的力量和速度下保持閃光作用，所述片段鍛接到一起。待焊接的兩個片段邊緣上建立熱梯度後，立即施加鐓鍛力完成焊接。這個鐓鍛力從焊接區擠出渣、氧化物和熔融金屬，在加熱的金屬的較冷區留下焊接瘤。然後，在打開所述夾具卸下焊接製品前，可以稍微冷卻接頭。焊接瘤可以根據需要，留在原地或通過趁焊接製品仍熱時剪切或者通過研磨除去。在閃光對焊過程中，當兩個表面鍛接在一起時，生成垂直於兩個表面的平面的物質流。這種物質流形成垂直於這兩個表面的平面取向的晶粒結構或纖維流。材料中存在的夾雜物會結合入該物質流。當進行部件如軸承鋼環的閃光對焊時，相較於不包含閃光對焊接頭的軸承，就最終焊接軸承環的疲勞裂紋產生和擴展而言，所產生的攜帶夾雜物的物質流是不利的。在冷卻時，鋼中夾雜物可能隨即在所述鋼的晶界沉澱，這將大大削弱焊縫區域。此外，相較於不包含閃光對焊接頭的軸承環，在閃光對焊時的高溫中，晶粒生長迅速並且大的奧氏體晶粒尺寸將大大減少軸承圈的強度。此外，閃光對焊是在強氧化條件下進行，這可能對閃光對焊焊縫附近的鋼的質量產生不利影響。由於所有這些對閃光對焊焊縫附近的鋼的物理性能產生不利影響的因素的嚴重程度取決於鋼的組成，並不是所有的鋼組成均適用於高溫連接工藝，如閃光對焊。改變鋼中合金元素的量會影響所得到的鋼的物理性能，如硬度、延展性和拉伸強度。但是，這種變化必須精心控制，因為引起一個物理性能提高的變化可能對另一個物理性能有不利影響。例如，由於太多的碳溶解在焊接過程產生的奧氏體中，具有過共析碳含量的鋼可能產生焊縫區問題。發明概述本發明的一個目的是提供適用於高溫連接工藝的鋼，所述高溫連接工藝即將鋼加熱到、接近或超過其固相線溫度的任何工藝。該目的通過包含以下組成的鋼實現，含量為重量％:C 0.5-0.8Si0-0.15
Mn0-1.0Cr0.01-2.0Mo0.01-1.0Ni0.01-2.0V 和 / 或 Nb V0.01-1.0 或 Nb0.01-1.0 或兩種元素之和 0.01-1.0S0-0.002P0-0.010Cu0-0.15Al0.010-1.0其餘為Fe和正常出現的雜質。已經發現通過確保鋼中不包含超過0.7重量％的C，在所述鋼經歷高溫連接工藝時，可以避免或大大減少晶界碳化物和獲得期望的小晶粒(例如，具有初生奧氏體晶粒大小50-100 μ m)。晶粒生長速率將會由於添加釩和鈮元素中的一種或兩種而降低。通過使矽含量最小化，並降低錳和鉻的含量(這是易氧化的合金元素)到上述的水平，所述鋼將更加穩定，不容易在高溫連接工藝中被氧化，例如在閃光對焊中。鋼中的硫含量減少到最低限度，由此經受高溫連接工藝的鋼中的不希望的中非金屬夾雜物的含量將會最小化。在煉鋼過程中，確保非常低的硫含量以及受控的非金屬夾雜物形狀，通過特殊的鋼包處理方法，可以獲得高水平的全厚度延展性。鋼中的磷含量也減少到最低限度，這是為了在所述鋼經受會嚴重消弱焊接區域的高溫連接工藝時阻礙鋼中的殘餘或雜質元素遷移到奧氏體晶界。鑰，鎳和可選地釩的添加使鋼具有足以使大型部件(即，400毫米或以上的DI)全硬化的淬透性。高溫連接工藝例如閃光連接焊產生的物質流的不利影響可因此通過由這樣的鋼製造經受高溫連接工藝的部件而得到限制。採用這種鋼就是提供一種具有優良的連接/焊接的連接/焊接部件，因為該連接/焊接部件不含有其它可能產生的結構弱點。相比不包含這樣的鋼的連接/焊接部件，這樣的連接/焊接部件因而具有高度的結構完整性。這樣的鋼因此適合高溫連接工藝，並特別地適用於對疲勞性能和韌性有高要求的部件的製造，這樣的部件在其製造過程中或之後將經歷高溫連接工藝。本發明還涉及一種意在用於對疲勞性能和韌性有高要求的應用的部件，其包含具有這種組成的鋼。所述部件可以是例如軸承部件，如軸承環和軸承環段，兩個或兩個以上的軸承環段可連接/焊接在一起形成軸承環。根據本發明的一個實施方式，所述部件包含至少一個高溫連接工藝接頭，例如至少一個閃光對焊接頭。根據本發明的一個實施方式，所述部件可構成下述中一個的至少一部分:球軸承，滾柱軸承，滾針軸承，滾椎軸承，球面滾子軸承，曲面滾子軸承，推力球軸承，滾子推力軸承，滾錐推力軸承，輪軸軸承，輪殼總成軸承(hub bearing unit),輪盤軸承,滾珠絲槓,或用於承受交變赫茲應力(Hertzian stress)如滾動接觸或滾動滑動組合的應用的部件,和/或用於需要高耐磨性和/或增加的疲勞和拉伸強度 的應用的部件。本發明還涉及具有上述組成的鋼用於高溫連接工藝如閃光對焊的用途。


下面將進一步通過非限制性的實施例，參考所附的附圖來說明本發明，所述附圖中:圖1顯示了根據本發明的一個實施方式的軸承部件；圖2顯示了閃光對焊前根據本發明的一個實施方式的軸承環；圖3顯示了正進行閃光對焊的根據本發明的一個實施方式的軸承元件的兩端；圖4顯示了閃光對焊過程中的軸承部件表面處的物質流，和圖5顯示了磷含量對鋼的韌性的影響。應該指出的是，所述附圖不是按比例繪製的，並且為清楚起見，某些特徵的尺寸被誇大。
具體實施例方式圖1顯示了軸承部件10的實例，即滾動元件軸承，其尺寸可以從直徑10毫米到直徑幾米的範圍，且其荷載能力可以從幾十克到成千上萬噸。即，根據本發明軸承部件可以是任何大小和任何荷載能力。所述軸承部件10具有內環12，外環14和一組滾動元件16。滾動元件軸承10的內環12、外環14和/或滾動元件16,且優選滾動元件軸承10的所有滾動接觸部分由具有下述組成(重量％)的鋼製造:0.5-0.8C，0-0.15Si，0-l.0Mn, 0.01-2.0Cr,0.01-1.ΟΜο,Ο.01-2.0Ni, 0.01-1.0V 或 0.01-1.0Nb，或者 0.01-1.0V 和 Nb 兩者，0-0.002S,0-0.010Ρ，0-0.15Cu，0.010-1.0A1，其餘為Fe和正常出現的雜質。例如，所述鋼可包含 0.7% 的 C，0.1 的 Si，0.7 的Mn，1.3 的 Cr，0.5 的 Mo，1.0 的 Ni，
0.15的V，0.001的S，0.008的P，0.10的Cu，0.035A1，其餘的Fe和通常出現的雜質。這種鋼將具有超過400毫米的DI。圖2顯示了閃光對焊之前的開放式軸承環12，例如滾柱軸承的內環。所述軸承環12由具有前述組分的鋼製造。圖示的實施例中的開放式軸承圈12包括兩個端部12a，12b，其是要通過閃光對焊被焊接在一起形成閃光對焊焊接頭的。應當指出的是，這種軸承環12可包括兩個或兩個以上的軸承環段，其端部採用閃光對焊焊接在一起形成包括多個閃光對焊焊接頭的軸承環。圖3顯示了開型軸承套圈12的端部12a，12b被閃光對焊焊接在一起。所述開型軸承套圈12的端部12a，12b被夾持，並以控制的速率靠近，和施加來自變壓器18的電流。兩個端部12a，12b之間產生電弧。在閃光對焊工藝的開始，縫隙20足以使兩個表面12a，12b平坦和清潔。減小然後關閉和打開隙20在兩個表面12a，12b之間產生熱量。當兩個表面12a，12b的溫度達到鍛造溫度後，沿圖3中箭頭19的方向施加壓力(或可移動端鍛向固定端)。兩個表面12a，12b之間產生閃光，這使得焊接區的材料沿徑向從兩個表面12a，12b向外流動到所述軸承環12的內表面和外表面12c，12d，如圖4中箭頭24所示。例如在空氣中或在水基、油基或聚合物基淬火中冷卻後，可以去掉任何積累在焊接軸承環12的內表面和外表面12d和12c上的焊接瘤。應該指出的是,實施例中示出的鋼筋12的端部12a, 12b包括相對鋼筋12的側表面12c，12d成90°角的端部。但是，鋼筋12可包括相對於鋼筋的側表面12c，12d形成大於或小於90°角的端部12a, 12b,即，鋼筋12可包括對角傾斜的(diagonally sloping)端部。圖5是磷含量(重量％)對鋼的韌性的圖。可以看出，磷含量越高，鋼的韌性越低。已發現高溫連接工藝的鋼的最佳磷含量為0-0.010重量％。對本領域技術人員而言，在權利要求的範圍內對本發明的進一步的修改將是顯而易見的 。
權利要求
1.用於高溫連接工藝的鋼，其中，它包含以重量％計的以下組成: C0.5-0.8 Si0-0.15 Mn0-1.0 Cr0.01-2.0 Mo0.01-1.0 Ni0.01-2.0V 和 / 或 Nb V0.01-1.0 或 Nb0.01-1.0 或兩種元素之和 0.01-1.0 S0-0.002 P0-0.010 Cu0-0.15 Al0.010-1.0 餘量的Fe和正常出現的雜質。
2.用於對疲勞性能和韌性有高要求的應用的部件(12，14)，其中，它包含根據權利要求I的鋼。
3.根據權利要求2的部件(12，14)，其中，它是軸承部件(12，14)。
4.根據權利要求2或3的部件(12，14)，其中，它包含至少一個高溫連接工藝的接頭。
5.根據權利要求4的部件(12，14)，其中，所述至少一個高溫連接工藝的接頭是至少一個閃光對焊接頭。
6.根據權利要求3-5中任一項的部件(12，14)，其中，它構成軸承環或軸承環段。
7.根據權利要求3-6中任一項的部件(12，14)，其中，它構成下列之一的至少部分:球軸承(10)，滾柱軸承，滾針軸承，滾椎軸承，球面滾子軸承，曲面滾子軸承，推力球軸承，滾子推力軸承，滾錐推力軸承，輪軸軸承，輪殼總成軸承，輪盤軸承，滾珠絲槓，或用於承受交變赫茲應力如滾動接觸或滾動滑動組合的應用的部件(12，14)，和/或用於需要高耐磨性和/或增加的疲勞和拉伸強度的應用的部件(12，14)。
8.權利要求1的鋼 用於高溫連接工藝的用途。
9.根據權利要求8的用途，其中所述高溫連接工藝是閃光對焊。
全文摘要
適用於高溫連接工藝的鋼，所述工藝特別是用於那些對疲勞性能和韌性有高需求的部件，例如軸承部件，其包含以重量%計的下述組成0.5-0.8C，0-0.15Si，0-1.0Mn，0.01-2.0Cr，0.01-1.0Mo，0.01-2.0Ni，0.01-1.0V或0.01-1.0Nb，或者0.01-1.0V和Nb兩者，0-0.002S，0-0.010P，0-0.15Cu，0.010-1.0Al，其餘為Fe和正常出現的雜質。
文檔編號C22C38/46GK103237914SQ201180058360
公開日2013年8月7日 申請日期2011年12月6日 優先權日2010年12月13日
發明者T.倫德 申請人:Skf公司