The work presented in this thesis aims to enhance our understanding of material decay in high-strength steels used for bearing applications. The primary objective is to investigate the microstructural changes in two high-strength steels: 52100 steels, a popular bearing steel, and Hybrid 60, a relatively new bearing steel designed for long fatigue life and use at elevated temperatures. In addition, the investigations were also carried out on a low-carbon low-alloy steel (Hardox 400). The evolution of the microstructure of these materials under rolling contact fatigue (RCF) conditions was investigated in detail.

The results revealed distinct microstructural alterations in the region of maximum shear stress beneath the raceway surface, observed in all three steels under investigation. These alterations include the presence of ferrite microbands, dissolution of carbides and precipitates, and the formation of nano-ferrite grains. The decayed regions exhibit differences in mechanical properties compared to the virgin material. In all materials, the presence of both ferrite microbands and nano-ferrite is associated with the rearrangement of dislocations into low-energy configurations, induced by stress-induced cyclic flow during RCF.

Hybrid 60 exhibits a lower area fraction of material decay after the same number of stress cycles (\(1.0 \times 10^8\)) compared to 52100 steel and Hardox 400. This difference can be ascribed to the highly effective dislocation pinning provided by the precipitates and their thermodynamic stability in Hybrid 60, which reduce the likelihood of the formation of dislocation substructure in the stressed region, thereby enhancing its resistance to softening.In contrast to 52100 and Hardox steel where cementite precipitates and  \(\varepsilon\)-Fe\(_2\)C carbides are present, the carbon content in 52100 steel plays a more significant role in influencing the dislocation movement under cyclic loading. A higher carbon content results in enhanced solid solution hardening and improved resistance to RCF in 52100 steel. The high carbon content in 52100 steel makes it harder for dislocations to move under the applied cyclic load, increasing resistance to deformation and microstructural change during RCF compared to Hardox 400. 

In the case of Hybrid 60 steel, dislocation movement is constrained by the formation of secondary carbides and NiAl intermetallic precipitates. The material's resistance to the formation of dislocation cells and ferrite bands is intricately linked to its ability to withstand the dissolution of precipitates through dislocation shearing. These findings highlight the crucial role of alloy carbides in preventing material deterioration. Despite lower levels of interstitial carbon, the alloyed steel (Hybrid 60) exhibits enhanced durability when subject to RCF in comparison with 52100 steel.

Arbetet presenterat i denna avhandling syftar till att öka förståelsen för materialdegradering i höghållfasta stål använda för lagerapplikationer. Det primära målet är att undersöka mikrostrukturella förändringar i två höghållfasta stål: 52100-stål, ett populärt lagerstål, och Hybrid 60, ett relativt nytt lagerstål designat för lång livslängd vid utmattning och användning vid förhöjda temperaturer. Dessutom utfördes undersökningar även på ett lågkoligt låglegerat stål (Hardox 400). Materialets beteende under experiment med rullande kontaktutmattning (RCF) undersöks.

Resultaten avslöjar tydliga mikrostrukturella förändringar i området med maximal skjuvspänning under loppets yta, observerade i alla tre stålsorter under undersökningen. Dessa förändringar inkluderar närvaron av ferritmikrobånd, upplösning av karbider och utfällningar samt bildandet av nano-ferritkorn. De degraderade områdena uppvisar skillnader i mekaniska egenskaper jämfört med det orörda materialet. I samtliga material är närvaron av både ferritmikrobånd och nano-ferrit kopplad till omarrangeringen av dislokationer i lågenergi konfigurationer, inducerade av stressinducerad cyklisk deformation under RCF.Hybrid 60 uppvisar en lägre områdesfraktion av materialdegradering efter samma antal strescykler (\(1.0 \times 10^8\)) jämfört med 52100-stål och Hardox 400. Denna skillnad kan tillskrivas den högt effektiva dislokationspinnen som tillhandahålls av utfällningarna och deras termodynamiska stabilitet i Hybrid 60, vilket minskar sannolikheten för bildandet av dislokationssubstruktur i det belastade området och därmed ökar dess motståndskraft mot mjukning.I motsats till 52100 och Hardox-stål där cementitutfällningar och \(\varepsilon\)-Fe\(_2\)C-karbid är närvarande, spelar kolhalten i 52100-stål en mer betydande roll i påverkan av dislokationsrörelse under cyklisk belastning. En högre kolhalt resulterar i förbättrad lösninghärdning och förbättrad motståndskraft mot RCF i 52100-stål. Den höga kolhalten i 52100-stål gör det svårare för dislokationer att röra sig under den applicerade cykliska belastningen, vilket ökar motståndet mot deformation och mikrostrukturell förändring under RCF jämfört med Hardox 400.

I fallet med Hybrid 60-stål begränsas dislokationsrörelsen av bildandet av sekundära karbider och NiAl-intermetalliska utfällningar. Materialets motstånd mot bildandet av dislokationsceller och ferritmikroband är intimt kopplat till dess förmåga att motstå upplösningen av utfällningar genom dislokationsskärning. Dessa resultat belyser den avgörande rollen av legeringskarbider för att förhindra materialförsämring. Trots lägre nivåer av interstitiellt kol uppvisar legerat stål (Hybrid 60) förbättrad hållbarhet när det utsätts för RCF jämfört med 52100-stål.