具体实施方式

现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。

因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

术语和定义

铁素体为珠光体组织的基体，通常是指碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，其显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织，且具有体心立方晶格，晶格间隙较小。钢材中的铁素体通常以片状、块状、针状和网状存在。铁素体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性与韧性。

渗碳体是铁与碳形成的金属化合物。其具有复杂的正交晶格，通常以不同形态和大小的晶体出现在组织中，对钢材的力学性能影响较大。通过不同的热处理，渗碳体可以形成片状、粒状或断续网状，其具有非常高的硬度HBW＝800，脆性很大，但是塑性、韧性几乎为零。

珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织，属于铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物。其综合力学性能比单独的铁素体和渗碳体都好，机械性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度显著高于铁素体，塑性、韧性相较于铁素体要差，但要好于渗碳体。

奥氏体是指钢材的片层状显微组织，一般由晶粒组成。奥氏体为面心立方结构，碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心，及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。奥氏体晶核的形核位置通常在铁素体和渗碳体两相界面上，此外，珠光体区域的边界，铁素体嵌镶块边界都可以成为奥氏体的形核位点。奥氏体的形成是不均匀形核奥氏体的致密度较高、屈服强度较低，具有良好的塑性，易于加工成型。

奥氏体化是指将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程，加热的工件，使温度达到共析温度以上，使常温下的铁素体和渗碳体再转变回奥氏体。

贝氏体(贝茵体)是指当奥氏体过冷到低于珠光体转变温度且高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，该转变产物即为贝氏体。钢材中的贝氏体通常是铁素体和碳化物的混合组织。

马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体的三维组织形态通常有片状或板条状，但是在金相观察中(二维)通常表现为针状，因此也会将其描述为针状。马氏体的晶体结构为体心四方结构。在中、高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。钢材中马氏体机械性能的显著特点是具有高硬度和高强度，板条状马氏体还具有较高的韧性和塑性，而片状马氏体韧性较差。

Ac1是指钢材加热时，开始形成奥氏体的温度。

本发明一方面，提供一种钢材的制备方法，其包括以下步骤：

S100：将锻造后的高碳铬轴承钢在300℃～500℃下等温冷却后，空冷，所述高碳铬轴承钢为GCr15或GCr15SiMn；

S200：高温回火后空冷，温度为600℃～700℃，保温时间为3h～6h；

S300：淬火加热，温度为(Ac1+20℃)～(Ac1+45℃)，保温时间为30min～60min；

S400：淬火冷却，温度为170℃～200℃，保温时间为10min～30min；

S500：170℃～200℃下回火3h～6h。

等温冷却后能够得到贝氏体组织(碳化物均匀分布在铁素体上)，后续的高温回火能够使得碳化物更为细小、均匀分布。而碳化物细小、均匀分布使得碳化物与铁素体晶格界面接触面积增多，热处理加热奥氏体化后，碳化物及合金元素更易溶于铁素体中，提高了铁素体中碳化物及合金元素的容量。从而在淬火相变形成马氏体过程中，碳化物从铁素体中析出速度及数量降低。形成的马氏体针更细小，马氏体含碳量更高，因此得到的硬度较传统高碳铬钢的硬度更高。

形成的马氏体针更细小，马氏体含碳量更高可使得马氏体组织更稳定，从而在回火过程中减少了马氏体中碳化物的析出。因此，回火后硬度下降不明显，使得最终制得的钢材具有良好的抗回火性。而且增加高温回火工艺后能够使得后续淬火加热过程的温度降低，进而避免了部分区域组织过热不合格的问题，也避免了晶粒的长大而导致最终产品性能的下降。后续的低温回火可以降低淬火应力，提高高碳铬轴承钢的尺寸稳定性。

在一些实施方式中，高碳铬轴承钢可以为GCr15，其中淬火加热的温度为830℃～835℃。

在一些实施方式中，高碳铬轴承钢可以为GCr15SiMn，其中淬火加热的温度为810℃～815℃。

在一些实施方式中，淬火冷却的淬火介质为油或质量浓度为99％～99.3％的盐水。

通过采用淬火油或盐水作为淬火冷却的淬火介质，可以使得高碳铬轴承钢快速冷却，从而防止工件出现淬火变形或开裂等缺陷。相比于淬火油冷却，使用盐水作为淬火介质冷却的工件具有更好的性能。

在一些实施方式中，油的规格不作限制，选用任意一种能够冷却高碳铬轴承钢的油种即可，例如可以为普通淬火油、光亮淬火油、快速淬火油或高速淬火油等。优选的，油为快速淬火油，所述快速淬火油可以为德润宝快速淬火油。

在一些实施方式中，淬火介质为质量浓度为99％～99.3％的盐水，所述盐水中的溶质可以为本领域常用的任意一种盐即可，例如可以为NaNO₃、NaNO₂、NaCl、KNO₃或KCl中的一种或几种。优选的，盐水中的溶质为KNO₃和NaNO₃，且所述KNO₃和NaNO₃的质量比为1:1。溶质盐的比例会影响淬火介质的粘度，而粘度进一步影响了介质的冷却速度和盐的熔点，在这一比例下可以使淬火介质具有较优的熔点和冷却速度，从而能够确保钢材快速冷却。

在一些实施方式中，锻造的温度为1080℃～1180℃，时间为1h～3h。

本发明一方面，还提供了一种如上述所述的钢材的制备方法制得的钢材。

本发明另一方面，提供了一种包括上述所述的钢材的轴承构件。

在一些实施方式中，轴承构件可以为钢珠、轴承滚道圈、滚动体。其中，轴承滚道圈可以为外圈，也可以为内圈。所述滚动体可以为球、圆柱滚子、圆锥滚子或滚针。

本发明再一方面，进一步提供了一种包括上述所述的轴承构件的轴承。在此需要说明的是，轴承的钢珠、内圈、外圈及滚动体的至少一个选自上述的轴承构件，且由上述的规定钢材构成。

在一些实施方式中，轴承主要为滚动轴承，例如可以为球轴承，但也可以采用上述以外的圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、滚针轴承、止推圆柱滚子轴承、止推圆锥滚子轴承、止推滚针轴承、止推球面滚子轴承、调心滚子轴承等滚动轴承。

以下结合具体实施例和对比例对本发明的钢材及其制备方法、轴承构件、轴承作进一步详细的说明。

以下实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。

实施例1 GCr15钢材的制备

图1为本实施例中GCr15高碳铬钢的制备工艺图。

如图1所示，将GCr15加热到1140℃进行锻造，加热2h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至600℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在830℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本实施例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

实施例2 GCr15钢材的制备

本实施例2与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：高温回火温度不同。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温2h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至620℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在830℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本实施例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

实施例3 GCr15钢材的制备

本实施例3与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：高温回火温度不同。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至650℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在830℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本实施例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

实施例4 GCr15钢材的制备

本实施例4与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：高温回火温度不同。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至680℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在830℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本实施例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

实施例5 GCr15钢材的制备

本实施例5与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：淬火加热温度不同。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至600℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在835℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本实施例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

实施例6 GCr15SiMn钢材的制备

本实施例6与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：钢材为GCr15SiMn。具体步骤如下：

将GCr15SiMn加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15SiMn等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至600℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15SiMn在810℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本实施例制得的GCr15SiMn高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

对比例1 GCr15钢材的制备

本对比例1与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：高温回火的温度为500℃。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至500℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在835℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本对比例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

对比例2 GCr15钢材的制备

本对比例2与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：淬火加热的温度为850℃。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至600℃进行高温回火，5h后空冷至室温。

将上述空冷至室温的GCr15在850℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却10min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本对比例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

对比例3 GCr15钢材的制备

本对比例3与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：未进行高温回火。具体步骤如下：

将GCr15加热到1140℃进行锻造，并保温1h。随后降温至400℃对GCr15等温冷却1h，然后空冷至室温。之后将温度升至835℃下进行淬火加热1h。随后将其置于180℃的盐槽中盐浴淬火冷却7min，其中盐槽中的盐为KNO₃和NaNO₃(质量比为1:1)，水的质量分数为0.7％。然后在180℃下回火5h后，空冷至室温。对本对比例制得的GCr15高碳铬钢进行相关性能测试，测试结果如表1所示。

表1各实施例和对比例制得的钢材的性能测试结果

由上表的测试结果可知，本发明通过引入高温回火工艺及调整淬火加热温度等工艺参数使得钢材的晶粒度和洛氏硬度整体较高。实施例1和实施例2中制得的钢材的晶粒度能够达到10级。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。