SE500078C2

SE500078C2 - Method for cleaning bearing steel

Info

Publication number: SE500078C2
Application number: SE8804695A
Authority: SE
Inventors: Yatsuka Takata; Tadamasa Yamada; Eiki Kikuchi
Original assignee: Aichi Steel Works Ltd; Koyo Seiko Co
Priority date: 1984-03-14
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1994-04-11
Also published as: SE8804695D0; SE8804695L

Abstract

The invention is a method for cleaning bearing steel that primarily consists of carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulphur, chrome, aluminium, oxygen, nitrogen and titanium, with the remainder being iron together with impurities. The bearing steel is smelted in a smelting furnace in order to clean the steel through oxidation. The smelted steel is then poured into a separate container, phosphorus is removed from the smelted steel and oxide-containing slag that flows on top of the smelted steel is absorbed and removed with a vacuum slag cleaner. Reducing cleaning of the steel is then carried out through forceful stirring of the smelted steel in the presence of a high degree of basic slag, which has a basicity of at least 3, while at the same time the temperature of the steel bath is adjusted. Said cleaning is carried out in an indifferent atmosphere which is under a pressure greater than normal pressure. Vacuum extraction of the steel is carried out by means of a vacuum extraction circulation device that generates powerful circulation for 2/3 of the processing time and weak circulation for 1/3 of the processing time. Finally, there is a reduction cleaning of the steel through gentle stirring of the smelted steel in a reducing atmosphere at normal pressure. Said process reduces the amount of phosphorus, sulphur, aluminium, oxygen, nitrogen and titanium to no more than 0.01 percent, 0.002 percent, 0.015 percent, 0.0006 percent, 0.005 percent and 0.0015 percent, respectively (all calculated in percent by weight).

Description

500- 078 2 Det är ett första ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett lagerstål med hög kvalitet och med en utmärkt beständighet mot utmattning, nämligen med en nominell livslängd (B10) som är tre gånger och en genomsnittslivslängd (B50) som är sex gånger så lång som livslängden hos konventionella stål- material, och som därför har en beständighet mot utmattning ekvivalent med samma storhet hos ett ESR-material. It is a first object of the present invention to provide a high quality bearing steel with excellent fatigue resistance, namely with a nominal service life (B10) which is three times and an average service life (B50) which is six times as much. long as the service life of conventional steel materials, and which therefore has a fatigue resistance equivalent to the same size of an ESR material.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett lagerstål med hög kvalitet, i vilket stål ingår en mycket ringa mängd oxidinneslutningar, varjämte detta stål har en förbättrad kallbearbetbarhet.Another object of the invention is to provide a high quality bearing steel in which steel contains a very small amount of oxide inclusions, and this steel has an improved cold workability.

För att de ovan uppställda målen och andra mål skall kun- na nås enligt uppfinningen åstadkommes ett lagerstål av hög kvalitet, i vilket stål mängderna legeringselement väljs så, att de utgörs av 0,70 till 1,10 viktprocent C, 0,15 till 1,60 viktprocent Si, 0,15 till 1,15 viktprocent Mn och 0,50 till 1,60 viktprocent Cr jämte en O-halt lika med 0,0006 viktprocent, som är den minsta 0-halten som kan uppnås med för dagen före- kommande metoder för rening medelst vakuumurgasning. Råmateria- len väljs på grundval av noggranna normer för att minska mäng- den föroreningar som, om de införs, bildar inneslutningar och därvid minskar beständigheten mot utmattning. Mängden Ti väljs lika med 0,0015 viktprocent eller mindre, och mängden Al väljs lika med 0,015 viktprocent eller mindre, varjämte mängden S minskas till 0,002 viktprocent eller mindre, vilket är avsevärt mindre än i konventionella stålmaterial. Mängderna förorenings- element minskas, dvs. mängden P minskas till 0,0l0 viktprocent eller mindre och mängden N minskas till 0,0050 viktprocent el- ler mindre så att mängden ometalliska inneslutningar i stålet blir minskad till 0,010 procent i area eller mindre. Genomsnitts- storleken hos ometalliska inneslutningar blir minskad till 15 pm eller mindre.In order to be able to achieve the above and other objectives set out above according to the invention, a high quality bearing steel is provided, in which steel the amounts of alloying elements are selected so that they consist of 0.70 to 1.10% by weight of C, 0.15 to 1 , 60% by weight Si, 0.15 to 1.15% by weight of Mn and 0.50 to 1.60% by weight of Cr plus an O content equal to 0.0006% by weight, which is the minimum 0 content that can be achieved for the day before. future methods of purification by vacuum gasification. The raw material is selected on the basis of strict standards to reduce the amount of pollutants which, if introduced, form inclusions and thereby reduce the resistance to fatigue. The amount of Ti is selected equal to 0.0015% by weight or less, and the amount of Al is selected equal to 0.015% by weight or less, and the amount of S is reduced to 0.002% by weight or less, which is considerably less than in conventional steel materials. The amounts of pollutant elements are reduced, ie. the amount of P is reduced to 0.010% by weight or less and the amount of N is reduced to 0.0050% by weight or less so that the amount of non-metallic inclusions in the steel is reduced to 0.010 percent in area or less. The average size of non-metallic inclusions is reduced to 15 microns or less.

Enligt en metod för tillverkning av ett i hög grad rent la- gerstål med de ovan angivna ingående delarna enligt föreliggan- de uppfinning väljs goda stålråmaterial, och efter rengöring me- delst oxidation i en elektrisk ugn hälls de upp i en gjutskopa.According to a method for manufacturing a highly pure bearing steel with the above-mentioned constituent parts according to the present invention, good steel raw materials are selected, and after cleaning by oxidation in an electric furnace, they are poured into a casting bucket.

Det smälta stålet utsätts för defosforering samtidigt som det hälls upp i gjutskopan eller efteråt. Oxidslaggen på det smälta 500 078 3 stålet absorberas och avlägsnas med en vakuumslaggrenare. En i hög grad basisk slagg med en basicitet lika med 3 eller mera (en reduceringsslagg med utmärkta avsvavlingsegenskaper så att FeO + MnO 1 0,5 viktprocent och Ca0/SiO2/A12O3 = 0,3 till 0,4) framställs medelst en elektrisk ugn. Rening medelst reducering utförs för att minska mängden S till 0,002 viktprocent eller mindre och mängden 0 till 0,0020 viktprocent eller mindre och för att minska mängden Ti samtidigt som badtemperaturen regle- ras, en indifferent gas införs genom dubbla porösa tegelstenar och det smälta stålet rörs om. Efteråt utförs vakuumurgasning medelst en anordning för cirkulerande vakuumurgasning på så sätt att kraftig cirkulering utförs under 2/3 av hela behand- lingstiden medan svag cirkulering utförs under 1/3 av den tota- la behandlingstiden, varvid mängderna O, N och H minskas ytter- ligare. Rening genom reducering utförs därpå genom att det smäl- ta stålet omrörs svagt i en reducerande atmosfär vid ett tryck som är högre än normaltrycket för att tillåta små inneslutning- ar att flyta och att avlägsnas. Slutligen utförs kapslad gjut- ning för framställning av det i hög grad rena lagerstålet.The molten steel is subjected to dephosphorization at the same time as it is poured into the casting bucket or afterwards. The oxide slag on the molten steel is absorbed and removed with a vacuum impact manifold. A highly basic slag with a basicity equal to 3 or more (a reduction slag with excellent desulphurisation properties so that FeO + MnO 1 0.5% by weight and CaO / SiO 2 / Al 2 O 3 = 0.3 to 0.4) is produced by means of an electric furnace . Purification by reduction is performed to reduce the amount of S to 0.002% by weight or less and the amount of 0 to 0.0020% by weight or less and to reduce the amount of Ti while regulating the bath temperature, an inert gas is introduced through double porous bricks and the molten steel is stirred. if. Afterwards, vacuum degassing is performed by means of a circulating vacuum degassing device in such a way that strong circulation is performed during 2/3 of the entire treatment time while weak circulation is performed during 1/3 of the total treatment time, whereby the amounts 0, N and H are further reduced. ligare. Purification by reduction is then performed by gently stirring the molten steel in a reducing atmosphere at a pressure higher than the normal pressure to allow small inclusions to flow and be removed. Finally, encapsulated casting is performed to produce the highly pure bearing steel.

Ett första stål enligt föreliggande uppfinning består vä- sentligen av 0,70 till 1,10 viktprocent C, 0,15 till 1,60 vikt- procent Si, 0,15 till 1,15 viktprocent Mn, 0,010 viktprocent eller mindre P, 0,002 viktprocent eller mindre S, 0,50 till 1,60 viktprocent Cr,0,015 viktprocent eller mindre Al, 0,0006 viktprocent eller mindre O, 0,0050 viktprocent eller mindre N och 0,00l5 viktprocent eller mindre Ti, varvid återstoden är Fe och föroreningselement. Ett andra stål enligt föreliggande uppfinning består väsentligen av 0,05 till 0,50 viktprocent Mo och andra beståndsdelar hos det första stålet och har för- bättrad härdbarhet. Ett tredje stål enligt föreliggande upp- finning består väsentligen av antingen V eller Nb eller båda- dera med vardera 0,05 till 0,30 viktprocent förutom bestånds- delarna i det första stålet, varvid man erhåller förbättrad slitstyrka. I enlighet med det av föreliggande uppfinning angivna sättet för tillverkning av ett lagerstål går man så tillväga när stålet framställs att slagg på det smälta stålet som hälls från en smältugn till en separat behållare (9Üut- skopa) absorberas och avlägsnas med en vakuumslaggrenare. I 5-00 078 4 närvaro av en i hög grad basisk slagg utförs därefter reduce- ringsrening under betingelser med kraftig omrörning och regle- ring av badtemperaturen. Vakuumurgasning utförs därpå medelst kraftig och svag cirkulering med hjälp av en anordning för cir- kulerande vakuumurgasning. Därpå utförs reducerande rening under svag omrörning i en reducerande atmosfär vid normaltryck.A first steel of the present invention consists essentially of 0.70 to 1.10% by weight of C, 0.15 to 1.60% by weight of Si, 0.15 to 1.15% by weight of Mn, 0.010% by weight or less of P, 0.002 weight percent or less S, 0.50 to 1.60 weight percent Cr, 0.015 weight percent or less Al, 0.0006 weight percent or less O, 0.0050 weight percent or less N and 0.0015 weight percent or less Ti, the remainder being Fe and pollutants. A second steel according to the present invention consists essentially of 0.05 to 0.50% by weight of Mo and other constituents of the first steel and has improved hardenability. A third steel according to the present invention essentially consists of either V or Nb or both with 0.05 to 0.30% by weight in addition to the constituents of the first steel, whereby improved wear resistance is obtained. In accordance with the method of manufacture of a bearing steel specified by the present invention, when the steel is produced, slag on the molten steel poured from a melting furnace to a separate container (9 scoop) is absorbed and removed with a vacuum impact manifold. In the presence of a highly basic slag in 5-00 078 4, reduction purification is then carried out under conditions with vigorous stirring and regulation of the bath temperature. Vacuum gassing is then performed by means of strong and weak circulation by means of a device for circulating vacuum gassing. Reducing purification is then performed with gentle agitation in a reducing atmosphere at normal pressure.

Skälen till att de övre och/eller undre gränserna för mängderna av de respektive beståndsdelarna i stålet enligt före- liggande uppfinning begränsas kommer att anges nedan.The reasons why the upper and / or lower limits of the amounts of the respective constituents of the steel according to the present invention are limited will be stated below.

Kol är ett viktigt element som måste inkluderas så att man uppnår en hårdhet HRC lika med 60 eller högre som krävs för ett lagerstål. Kol måste ingå i en mängd av 0,70 viktprocent eller högre för att detta krav skall uppfyllas. När emellertid C ingår i en mängd som överskrider 1,10 viktprocent uppstår en benägenhet för stora karbider att bildas och för beständigheten mot utmattning och slaghållfastheten att minskas. Av detta skäl _sätts den övre gränsen för C-halten i stål till 1,10 viktpro- cent.Coal is an important element that must be included in order to achieve a HRC hardness equal to 60 or higher required for a bearing steel. Carbon must be present in an amount of 0.70% by weight or higher in order to meet this requirement. However, when C is present in an amount exceeding 1.10% by weight, there is a tendency for large carbides to form and for the resistance to fatigue and the impact strength to decrease. For this reason, the upper limit of the C content in steel is set at 1,10% by weight.

Kisel är ett element som behövs för att förbättra desoxi- dationsegenskaperna och härdbarheten samt för att förbättra be- ständigheten mot utmattning och slaghållfasthetsegenskaperna_ Kisel måste ingå i en mängd av 0,15 viktprocent eller mera. När emellertid Si ingår i en mängd av 1,60 viktprocent eller mera försämras egenskaperna då det gäller kontaktrullningslivslängden (nedan kallad rullningslivslängd). Av detta skäl sätts den övre gränsen för Si-halten i stålet till 1,60 viktprocent.Silicon is an element needed to improve the deoxidizing properties and curability as well as to improve the resistance to fatigue and the impact properties. Silicon must be present in an amount of 0.15% by weight or more. However, when Si is present in an amount of 1.60% by weight or more, the properties of the contact rolling life (hereinafter referred to as rolling life) deteriorate. For this reason, the upper limit for the Si content in the steel is set at 1.60% by weight.

Mangan är ett element för att förbättra desoxidationsegen- skaperna och härdbarheten och måste ingå i en mängd av 0,15 viktprocent eller mera. Om emellertid Mn ingår i en större mängd ger tillsatsen inte bättre verkan, utan den ger upphov till MnS som försämrar rullningslivslängden._Den övre gränsen för mangan som ingår i stålet sätts således till 1,15 viktpro- cent.Manganese is an element to improve the deoxidizing properties and curability and must be present in an amount of 0.15% by weight or more. However, if Mn is included in a larger amount, the additive does not give a better effect, but it gives rise to MnS which impairs the rolling life. The upper limit for manganese contained in the steel is thus set at 1.15% by weight.

Krom är också ett element för att förbättra härdbarheten och för att möjliggöra att sfäriska karbider kan bildas lätt. Det är nödvändigt att Cr skall innehållas i mängden 0,50 viktprocent. eller mera för att sådana förbättringar skall kunna uppnås. När emellertid Cr ingår i en mängd som överskrider denna övre gräns 500 078 5 blir karbiderna alltför stora, varvid skärningsprestanda blir sämre. Den övre gränsen för Cr-halten i stålet sätts således till 1,60 viktprocent.Chromium is also an element to improve the hardenability and to enable spherical carbides to form easily. It is necessary that Cr be contained in the amount of 0.50% by weight. or more in order to achieve such improvements. However, when Cr is present in an amount exceeding this upper limit, the carbides become too large, whereby the cutting performance becomes worse. The upper limit of the Cr content in the steel is thus set at 1.60% by weight.

Fosfor är ett element som minskar rullningslivslängden och segheten, och fosformängden måste begränsas till minsta möjliga mängd. Den övre gränsen för P som ingår i stålet sätts lika med 0,010 viktprocent. _ Svavel är ett element som bildar en sulfidinneslutning med Mn och som nedsätter beständigheten mot utmattning i hög grad. De primära ändamålen med föreliggande uppfinning är att minska sulfidinneslutningarna och att avsevärt förbättra be- ständigheten mot utmattning. Mängden S som ingår i stålet måste kontrolleras noggrant, och dess övre gräns sätts till 0,002 viktprocent.Phosphorus is an element that reduces rolling life and toughness, and the amount of phosphorus must be limited to the smallest possible amount. The upper limit for P contained in the steel is set equal to 0.010% by weight. Sulfur is an element that forms a sulphide entrapment with Mn and which greatly reduces the resistance to fatigue. The primary objects of the present invention are to reduce the sulfide inclusions and to significantly improve the resistance to fatigue. The amount of S contained in the steel must be carefully controlled, and its upper limit set to 0.002% by weight.

Aluminium är ett element som bildar en hård oxidinneslut- ning, såsom Al2O3, som försämrar prestanda vid stålskärning och försämrar rullningslivslängden. Mängden Al som ingår i stålet måste därför reduceras till ett minimum, och dess övre gräns sätts till 0,015 viktprocent.Aluminum is an element that forms a hard oxide entrapment, such as Al2O3, which impairs the performance of steel cutting and impairs rolling life. The amount of Al contained in the steel must therefore be reduced to a minimum, and its upper limit set at 0.015% by weight.

Syre är ett element som ger oxidinneslutningar, såsom Al2O3 eller Si02, och det nedsätter rullningslivslängden betyd- ligt. Enligt föreliggande uppfinning minskas mängden ometalliska inneslutningar i hög grad, varjämte storleken hos inneslutning- arna regleras, varigenom rullningslivslängden blir förbättrad.Oxygen is an element that provides oxide inclusions, such as Al2O3 or SiO2, and it significantly reduces rolling life. According to the present invention, the amount of non-metallic inclusions is greatly reduced, and the size of the inclusions is controlled, thereby improving the rolling life.

Mängden O som ingår i stålet måste sålunda regleras noggrant.The amount O contained in the steel must thus be carefully regulated.

Den övre gränsen för O som ingår i stålet sätts till 0,0006å viktprocent som utgör en minimimängd som kan uppnås med för dagen förekommande metoder för rening medelst vakuumurgasning.The upper limit for 0 contained in the steel is set at 0.0006å% by weight, which is a minimum amount that can be achieved with current methods for purification by means of vacuum gasification.

Kväve är ett element som bildar en nitrid, såsom TiN, och som försämrar rullningslivslängden. N-halten i stålet måste in- ställas till ett minimum, och dess övre gräns sätts till 0,0050 lviktprocent. ' Titan är ett element som kvarstår i stålet i form av en TiN-inneslutning. När en stor mängd Ti ingår i stålet bildar den stora inneslutningar och medför en betydande försämring av rullningslivslängden. Mängden Ti som ingår i stålet måste så-" ledes minskas till ett minimum, och dess övre gräns sätts till o,oo1s viktpšocgnt. 078 6 Molybden är ett element som har till uppgift att förbätt- ra stålets härdbarheti När Mo ingår i en liten mängd i stålet förbättras härdbarheten. Enligt föreliggande uppfinning ingår Mo i en mängd av 0,05 viktprocent eller mera om så erfordras.Nitrogen is an element that forms a nitride, such as TiN, and that impairs rolling life. The N content of the steel must be set to a minimum, and its upper limit set to 0.0050% by weight. 'Titanium is an element that remains in the steel in the form of a TiN enclosure. When a large amount of Ti is included in the steel, it forms large inclusions and causes a significant deterioration of the rolling life. The amount of Ti contained in the steel must thus be reduced to a minimum, and its upper limit set to 0.1% by weight. Molybdenum is an element which has the function of improving the hardenability of the steel. When Mo is included in a small amount According to the present invention, Mo is present in an amount of 0.05% by weight or more if required.

Eftersom emellertid Mo är ett dyrbart element och en tillsats av Mo större än 0,50 viktprocent inte medför ett ekvivalent gott resultat sätts den övre gränsen för Mo-halten i stålet till 0,50 viktprocent.However, since Mo is an expensive element and an addition of Mo greater than 0.50% by weight does not give an equivalent good result, the upper limit of the Mo content in the steel is set at 0.50% by weight.

Vanadin och niob är element för att förbättra stålhåll- fastheten och segheten genom att de bildar kolnitrid. Enligt föreliggande uppfinning måste V och/eller Nb vardera ingå i stålet i en mängd av 0,05 viktprocent eller mera, om så önskas, för att den önskade verkan skall erhållas. Även om dessa ele- ment ingår i mängder som överskrider denna nämnda övre gräns blir dock verkan av tillsatsen ringa. De övre gränserna för dessa element sätts således till 0,30 viktprocent.Vanadium and niobium are elements for improving steel strength and toughness by forming carbon nitride. According to the present invention, V and / or Nb must each be present in the steel in an amount of 0.05% by weight or more, if desired, in order to obtain the desired effect. Even if these elements are included in quantities that exceed this mentioned upper limit, the effect of the additive will be small. The upper limits for these elements are thus set at 0.30% by weight.

De karakteristiska egenskaperna hos stålet enligt före- liggande uppfinning kommer att beskrivas medelst exempel i jäm- förelse med egenskaperna för konventionella stålsorter.The characteristic properties of the steel according to the present invention will be described by way of example in comparison with the properties of conventional steels.

Tabell 1 visar de kemiska beståndsdelarna i såsom exempel tjänande stål.Table 1 shows the chemical constituents in steel serving as an example.

I Tabell 1 är stålsorterna A och B konventionella stål- sorter (stålet A: SUJ2; stålet B: SUQS), stålsorterna C-E är jämförelsestålsorter, stålet D har framställts enligt ESR, var- jämte stålsorterna F-N är stålsorter enligt föreliggande upp- finning.In Table 1, steels A and B are conventional steels (steels A: SUJ2; steels B: SUQS), steels C-E are comparative steels, steels D have been produced according to ESR, and steels F-N are steels according to the present invention.

Tabell 2 visar resultaten av ett experiment för att fast- ställa mängden och genomsnittslängden hos ometalliska inneslut- ningar, beständigheten mot utmattning, samt kallbearbetbarheten för de som exempel angivna stålsorterna som är presenterade i Tabell 1 när dessa såsom exempel tjänande stålsorter härdades medelst oljekylning vid 850°C under 30 minuter, seghärdades me- delst luftkylning vid l70°G under 90 minuter, och sedan luftk§l+ des.Table 2 shows the results of an experiment to determine the amount and average length of non-metallic inclusions, the resistance to fatigue, and the cold workability of the exemplary steels presented in Table 1 when these exemplary steels were cured by oil cooling at 850. ° C for 30 minutes, toughened by air cooling at 170 ° G for 90 minutes, and then air cooled.

Mängden och genomsnittslängden hos ometalliska inneslut- ningar undersöktes genom att man sågade ut valsade stänger med diametern 65 mm ur stål som hade utsatts för de ovannämnda be- handlingarna; Mängden och genomsnittslängden hos ometalliska 500 078 ﬂucuuoumuxw>v mcﬁ cuuwmnmäëmm xmﬁiwx ~H.° =H.= HHo=.° @v°°.° m°°°.° ~H°°.° mH.H m°.= -.= ~°°.° @°°.= m°.~ =@.° @m.° z m~.= oH°°.° m@°°.° m°°°.= ~H=°.° @«.H ==.= w°.° ~°°.° >°°.= >«.° m~.= >>.° = HH.o ~H@°.o ~«°o.b m°°°.° ~=°.° @@.H @=.° m°.° ~°°.° @°°.° ~m.° @~.= >m.° A mH.° Hﬁ=°.° ~<°°.° m°°°.° ~H=°~° 0-.Q @°.° m°.° ~°°.° @°°.= @~.= >~.= >@.° z H_o°.° ß«°°«° m==°.° °H°Q.° ß°.~ @°.° «°.° ~°°.° >°°.° @m.= ~w.° @@.° n @H=°.° m@°°.° m°°=.° -=°.° >«.H @°.° >°.° ~°°.° m°°.° ß«.° @~.° >m.° = ~H°°.° -°°.° m°°°.° m~°°.° @~.~ =H,= .@=.° ~°=.° magra ~°.~ >@.= ~@,= u m~°°.° m~°°.° m°°°.= m~=°.° ~m.~ @=.° m°.° ~°°.° >°°.° ~«.° °~.= ~=.° m -°°.° @«°°.° ß°=°.° mH=°.° @«.H m°.° «=.= @°°.° °H°.q @«.°:@««°_ß~.°,.m >H°°.° >«°°.° =~=°.° m~°°.° m«.H @°.° m=.° n°°.= ~H°.° @«.°.@~.° @m.= Q ~m°°.= ~m°°.° @°°°.° @~°°.° >«.H @°.= @=.= >°=.= °~°.= m~.° >~.°_@«»@ u m~°°.° m~=°.° m~°=.°. -°.= H~.~ @°.° vH.= -°.= «~°.= ~=.~ °w.= w@.° m °~=°.° Hm°°.° ~H°°.° «~=.° @<.H @=.° ~H.= -°.= @H°.° >«.° @~.° @m.= .< nz > øz ﬂa z o H< uu ﬁz =u m m == ﬁm u d.. a .HNQMH -500 070 8 Tabelï 2 Ometallisk Beständighet Kall- inneslutning mot utmattning bearbetbarhet Mängd ns' B10 B50' sgricxbild- (A+B+C) längd . Livs_ Livs_ n1ngshasti9_ (m) 1333 längd het W A 3.4 2.0 0.37 0.15 18 'B 3.2 2.0 0.36 0.15 50 C 2.4 1.6 0.39 0.16 11 D 1.0 1.0 I.0 1.0 0 E 2.3 1.6 0.51 0.18 15 F 0.25 1.0 1.29 1.10 0 G 0.25 1.0 1.26 1.09 0 H 0.25 1.0 1.07 |1.01 0 J 0.25 1.0 1.05 1.0 0 K 0.50 1.0 .1.01 1.0 0 L o.so '. 1.0 1.06 1.0 o M -0.50 1.0 1.06 1.0 0 N 0.50 1.0 1.0 1.0 0 500 078 9 inneslutningar i varje stålsort är representerade i jämförelse med längden hos ometalliska inneslutningar av stålet D såsom ett ESR-material som är en hypotetisk enhet i storlek. Bestän- digheten mot utmattning undersöktes med hjälp av en apparat av Mori-typ för undersökning av beständigheten mot utmattning.The amount and average length of non-metallic enclosures were examined by sawing out rolled bars with a diameter of 65 mm from steel which had been subjected to the above-mentioned treatments; The amount and average length of non-metallic 500 078 ﬂ ucuuoumuxw> v mc ﬁ cuuwmnmäëmm xm ﬁ iwx ~ H. ° = H. = HHo =. ° @ v °°. ° m °°°. ° ~ H °°. ° mH.H m °. = -. = ~ °°. ° @ °°. = M °. ~ = @. ° @ m. ° zm ~. = OH °°. ° m@°°.° m °°°. = ~ H = ° . ° @ «. H ==. = W °. ° ~ °°. °> °°. =>«. ° m ~. = >>. ° = HH.o ~H@°.o ~ «° ob m °°°. ° ~ = °. ° @@. H @ =. ° m °. ° ~ °°. ° @ °°. ° ~ m. ° @ ~. => m. ° A mH. ° H ﬁ = °. ° ~ <°°. ° m °°°. ° ~ H = ° ~ ° 0-.Q @ °. ° m °. ° ~ °°. ° @ °°. = @ ~. => ~ . => @. ° z H_o °. ° ß «°°« ° m == °. ° ° H ° Q. ° ß °. ~ @ °. ° «°. ° ~ °°. °> °°. ° @ m. = ~ W. ° @@. ° n @ H = °. ° m@°°.° m °° =. ° - = °. °> «. H @ °. °> °. ° ~ °°. ° m °°. ° ß «. ° @ ~. °> m. ° = ~ H °°. ° - °°. ° m °°°. ° m ~ °°. ° @ ~. ~ = H, =. @ =. ° ~ ° =. ° magra ~ °. ~> @. = ~ @, = Um ~ °°. ° m ~ °°. ° m °°°. = M ~ = °. ° ~ m. ~ @ =. ° m °. ° ~ °°. °> °°. ° ~ «. ° ° ~. = ~ =. ° m - °°. ° @« °°. ° ß ° = ° . ° mH = °. ° @ «. H m °. °« =. = @ °°. ° ° H ° .q @ «. °: @« «° _ß ~. °, .m> H °°. °> «°°. ° = ~ = °. ° m ~ °°. ° m« .H @ °. ° m =. ° n °°. = ~ H °. ° @ «. °. @ ~. ° @ m. = Q ~ m °°. = ~ m °°. ° @ °°°. ° @ ~ °°. °> «. H @ °. = @ =. => ° =. = ° ~ °. = m ~. °> ~. ° _ @ «» @ um ~ °°. ° m ~ = °. ° m ~ ° =. °. - °. = H ~. ~ @ °. ° vH. = - °. = «~ °. = ~ =. ~ ° w. = W @. ° m ° ~ = °. ° Hm °°. ° ~ H °°. ° «~ =. ° @ <. H @ =. ° ~ H. = - °. = @ H °. °>«. ° @ ~. ° @ m. =. <Nz> øz ﬂ a zo H <uu ﬁ z = umm == ﬁ m u d .. a .HNQMH -500 070 8 Table 2 2 Metallic Resistance Cold enclosure against fatigue machinability Quantity ns 'B10 B50' sgricx image- (A + B + C) length. Livs_ Livs_ n1ngshasti9_ (m) 1333 length het WA 3.4 2.0 0.37 0.15 18 'B 3.2 2.0 0.36 0.15 50 C 2.4 1.6 0.39 0.16 11 D 1.0 1.0 I.0 1.0 0 E 2.3 1.6 0.51 0.18 15 F 0.25 1.0 1.29 1.10 0 G 0.25 1.0 1.26 1.09 0 H 0.25 1.0 1.07 | 1.01 0 J 0.25 1.0 1.05 1.0 0 K 0.50 1.0 .1.01 1.0 0 L o.so '. 1.0 1.06 1.0 o M -0.50 1.0 1.06 1.0 0 N 0.50 1.0 1.0 1.0 0 500 078 9 inclusions in each steel grade are represented in comparison with the length of non-metallic inclusions of the steel D as an ESR material which is a hypothetical unit in size. Fatigue resistance was tested using a Mori-type apparatus to test fatigue resistance.

Provstycken med ytterdiametern 65 mm, innerdiametern 18 mm och tjockleken 10 mm framställdes. Beständigheten mot utmattning är också representerad i jämförelse med längden hos ometalliska inneslutningar av stålet D. Kallbearbetbarheten undersöktes på grundval av sprickbildningshastigheten med stukningstakten 75% (diametern 20 mm och längden 30 mm).Samples with an outer diameter of 65 mm, an inner diameter of 18 mm and a thickness of 10 mm were prepared. The resistance to fatigue is also represented in comparison with the length of non-metallic enclosures of steel D. The cold workability was examined on the basis of the cracking rate with the fracture rate 75% (diameter 20 mm and length 30 mm).

Såsom framgår av Tabell 2 har de ometalliska inneslutning- arna av de konventionella stålen A och B mängder som är tre gånger så stora som inneslutningarna hos stålet D såsom ett ESR- material med en reglerad textur vid stelnande, varjämte de har genomsnittslängder som är dubbelt så stora som längderna hos stålet D. De konventionella stålsorterna A och B har en bestän- dighet mot utmattning som är l/3 av beständigheten hos stålet D uttryckt i nominell livslängd och ca l/6 av livslängden hos stålet D uttryckt i genomsnittslivslängd. Då det gäller kallbe- arbetbarheten har stålsorterna A och B höga sprickbildningshas- tigheter. Stålsorterna A och B är således underlägsna då det gäller ometalliska inneslutningar, beständighet mot utmattning samt kallbearbetbarhet.As shown in Table 2, the non-metallic inclusions of the conventional steels A and B have amounts three times as large as the inclusions of the steel D as an ESR material with a controlled texture on solidification, and they have average lengths which are twice as large as the lengths of steel D. The conventional steels A and B have a resistance to fatigue which is 1/3 of the durability of steel D expressed in nominal service life and about 1/6 of the service life of steel D expressed in average service life. When it comes to cold workability, grades A and B have high cracking rates. Steels A and B are thus inferior in terms of non-metallic enclosures, resistance to fatigue and cold workability.

Stålet C såsom en jämförelsestålsort är något bättre då det gäller mängden och genomsnittslängden hos ometalliska inne- slutningar i jämförelse med de konventionella stålsorterna tack vare de låga S- och 0-halterna. Stålet D har emellertid en mängd ometalliska inneslutningar som uppgår till 2,4 gånger mängden hos stålet D och en genomsnittslängd hos ometalliska inne- slutningar som uppgår till 1,6 gånger genomsnittslängden hos stålet n. stålet c har en utmattning som är exviveient med de konventionella stålsorterna A och B. Stålet E såsom ett annat jämförelsestål är också underlägset då det gäller mängden ometal- liska inneslutningar och genomsnittslängden samt beständighet mot utmattning såsom i fallet med stålet C. I I motsats till detta har i stålsorterna F-N enligt före- liggande uppfinning, eftersom 0-halten är 0,0006 viktprocent 500 078 10 eller mindre och S-halten är 0,002 viktprocent eller mindre och eftersom Ti-, Al- och N-halterna har reducerats till ett mini- mum, en mängd ometalliska inneslutningar som uppgår till 1/4 av mängden i stålet D som är ett ESR-material, en genomsnittslängd hos de ometalliska inneslutningarna ekvivalent med stålet D, en beständighet mot utmattning ekvivalent med beständigheten hos stålet D uttryckt i nominell beständighet resp. genomsnittsbe- ständighet, och en bättre kallbearbetbarhet än den som förekom- mer vid de konventionella stålsorterna A och B. Således har stålsorterna F-N enligt föreliggande uppfinning bättre prestan- da då det gäller de ometalliska inneslutningarna samt likvär- dig beständighet mot utmattning och kallbearbetbarhet i jämfö- relse med stålet D som utgör ett ESR-material som har en för- bättrad inre kvalitet till följd av reglerad textur vid stel- nande.Steel C as a comparative steel is slightly better in terms of the amount and average length of non-metallic inclusions compared to the conventional steels due to the low S and O contents. However, the steel D has an amount of non-metallic inclusions amounting to 2.4 times the amount of the steel D and an average length of non-metallic inclusions amounting to 1.6 times the average length of the steel n. The steel c has a fatigue which is exviveient with the conventional steels A and B. Steel E as another comparative steel is also inferior in terms of the amount of non-metallic inclusions and the average length as well as resistance to fatigue as in the case of steel C. II in contrast has in steels FN according to the present invention, The 0 content is 0.0006% by weight 500 078 10 or less and the S content is 0.002% by weight or less and since the Ti, Al and N contents have been reduced to a minimum, an amount of non-metallic inclusions amounting to 1 / 4 of the amount in the steel D which is an ESR material, an average length of the non-metallic inclusions equivalent to the steel D, a resistance to fatigue equivalent with the durability of the steel D expressed in nominal durability resp. average durability, and a better cold workability than that found in the conventional steels A and B. Thus, the UN steels according to the present invention have better performance in terms of the non-metallic enclosures and equivalent resistance to fatigue and cold workability in comparison. - steel with D which is an ESR material which has an improved internal quality as a result of the regulated texture during solidification.

I stålet enligt föreliggande uppfinning uppgår S-halten till så litet som 0,002 viktprocent eller mindre. Eftersom emellertid mängden oxidinneslutningar har minskats i betydande .grad uppnås en bearbetbarhet som är ekvivalent med den hos kon- ventionella stålsorter.In the steel of the present invention, the S content is as little as 0.002% by weight or less. However, since the amount of oxide inclusions has been significantly reduced, a machinability equivalent to that of conventional steels is achieved.

Såsom man kan se ovan ingår i stålet enligt föreliggande uppfinning C, Si, Mn och Cr i lämpliga mängder, varjämte hal- ten av P, S, O och Ti har minskats till ett minimum så att man minskar mängderna oxid- och sulfidinneslutningar i stålet.As can be seen above, the steels of the present invention contain C, Si, Mn and Cr in appropriate amounts, and the levels of P, S, O and Ti have been reduced to a minimum so as to reduce the amounts of oxide and sulfide inclusions in the steel. .

Stålet enligt föreliggande uppfinning har således en utmärkt beständighet mot utmattning, en nominell livslängd som är tre gånger så stor som den nominella livslängden hos konventionella stålsorter och en genomsnittslivslängd som är sex gånger så stor som genomsnittslivslängden hos konventionella stålsorter, varjämte stålet enligt uppfinningen har utmärkt kallbearbetbar- het. Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas således ett lagerstål av hög kvalitet lämpligt för användning i kullager eller rullager i industrimaskiner eller fordon med hög belast- ning och hög hastighet, jämte ett sätt att tillverka sådant lagerstål.The steel according to the present invention thus has an excellent resistance to fatigue, a nominal life of three times the nominal life of conventional steels and an average life of six times the average life of conventional steels, and the steel of the invention has excellent cold workability. - it. Thus, according to the present invention, there is provided a high quality bearing steel suitable for use in ball bearings or roller bearings in industrial machines or vehicles with high load and high speed, as well as a method of manufacturing such bearing steel.

Claims

500 078 11 PATENT REQUIREMENTS

A method of purifying a bearing steel consisting essentially of carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, aluminum, oxygen, nitrogen and titanium, the remainder being iron together with impurities, characterized in that the method comprises (in ) melting the bearing steel in a melting furnace to clean the steel by oxidation, (ii) pouring the molten steel into a separate container, performing phosphorus removal from the molten steel and absorbing and removing slag containing oxide from the steel and floating on top of the molten steel with a vacuum impact manifold, (iii) performing reducing purification of the steel by vigorously stirring the molten steel in the presence of a highly basic slag having a basicity of at least 3 with simultaneous adjustment of the temperature of the steel bath, said purification performed in an inert atmosphere under a pressure greater than the normal pressure, (iv) performing vacuum degassing of the steel by means of a vacuum degassing circulating device which provides strong circulation during 2/3 of the treatment time and weak circulation during 1/3 of the treatment time, and (v) performing a reducing purification of the steel by gently stirring the molten steel in a reducing atmosphere at normal pressure, which treatment reduces the amount of phosphorus, sulfur , aluminum, oxygen, nitrogen and titanium up to a maximum of 0.01%, a maximum of 0.002%, a maximum of 0.015%, a maximum of 0.0006%, a maximum of 0.005% and a maximum of 0.0015%, respectively, all in weight percent. U

2. A method according to claim 1, characterized in that the first step (i) comprises that said bearing steel is melted in an electric furnace, whereby the steel is effectively cleaned, and that the highly basic slag used in the step (iii) inside contains a total amount of Fe0 and MnO of not more than 0,5% by weight and contains a composition of Ca0 / S102 / Al2O3 amounting to 0.3 to 0.1

3. A method according to claim 1, characterized in that said bearing steel consists essentially of 0.70 - 1.10% by weight of carbon, 0.15 - 1.6% by weight of silicon, 0.15 - 1.15% by weight of manganese, at most 0.010 weight percent phosphorus, maximum 0.002 weight percent sulfur, 0.50 - 1.60 weight percent chromium, maximum 0.015 weight percent aluminum, maximum 0.0006 weight percent oxygen, maximum 0.0050 weight percent nitrogen, and maximum 0.0015 weight percent titanium.