第一節(jié) 軸承鋼產(chǎn)品分類與構(gòu)成 分析

一、軸承鋼 行業(yè) 產(chǎn)品分類標準

滾動軸承鋼按使用特點可分為：高碳鉻軸承鋼（全淬透型軸承鋼）、滲碳軸鋼（表面硬化型軸承鋼）、不銹軸承鋼和高溫軸承鋼四大類。

1、高碳鉻軸承鋼

1）高碳鉻軸承鋼的牌號、特性及及用途

高碳鉻軸承鋼具有高的接觸疲勞強度和耐磨性能，許多牌號屬全淬透型鋼，如GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo。但由于有的軸承需要心部具有良好韌性而表面需要高硬度，因而又發(fā)展出限制淬透性軸承鋼，如GCr4。

①GCr15（全淬透型鋼）GCr15是高碳鉻軸承鋼的典型鋼種，在淬火、回火后有高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度。其熱加工性能和可加工性良有好，淬透性適中，但焊接性差。GCr15的白點敏感性大，但當采用真空脫氣精煉的軸承里，此缺陷可消除。用于制造壁厚≤12mm、處徑≤250mm的滾動軸承套圈，或制造直徑≤22mm的圓錐、圓柱、球面滾子及全部尺寸的滾針。也可用于制造模具、量具和木工刀具及高彈性極限、高疲勞強度的機械零件。

②GCr15SiMn（高淬透型鋼）在GCr15鋼的基礎(chǔ)上提高硅、錳含量，因而淬透性、彈性極限、耐磨性均比GCr15好。由其制作的滾動軸承件的使用溫度不宜超過180℃。用于制造壁厚>12mm、外徑>120mm的滾動軸承套圈、直徑>50mm的鋼球及直徑>22mm的圓錐、圓柱、球面滾子及全部尺寸的滾針。其他用途與GCr15相同。

③GCr15SiMo（高淬透型鋼）在GCr15基礎(chǔ)上增加含硅量，添加了鉬。其淬透性高，耐磨性好，疲勞強度高、綜合性能良好。適于制造大尺寸范圍的滾動軸承套圈及鋼球、滾柱等。

④GCr18Mo（高淬透型鋼）在GCr15基礎(chǔ)上加入質(zhì)量分數(shù)0.15%~0.25%的鉬，并提高了含各量，因而淬透性、耐磨性均提高警惕?？蛇M行下貝氏體等溫淬火，達到與馬氏體淬火相近的硬度和耐磨性，而且鋼的沖擊、斷裂韌度和抗彎強度都得到提高，因而提高了鋼的綜合力學性能和壽命?？芍圃毂诤襁_20mm的滾動軸承套圈，其滾動軸承件的尺寸范圍也擴大。

⑤GCr4（限制淬透型鋼）GCr4是低淬透性滾動軸承鋼，用體積感尖加熱、表面淬火回火后，具有GCr15全淬透型軸承鋼和低碳合金滲碳鋼的性能。淬火后表面硬度高，表面耐耐性好，抗疲勞性能好，心部硬度只有35~40HRC，韌性好、抗沖擊。主要用于制造各種尺寸、受載荷不大的滾動軸承套圈及滾子。

2）高碳鉻滾動軸承鋼的化學成分及力學性能

高碳鉻滾動軸承鋼的化學成分

2、滲碳軸承鋼和高溫滲碳軸承鋼

1）牌號、特性及用途

滲碳軸承鋼和高溫滲碳軸承鋼的牌號、特性和和用途：

①G20CrMo G20CrMo鋼為低合金滲碳鋼，經(jīng)過滲碳、淬火、回火之后，表層硬度較高、耐耐性較好，而心部硬度低，韌性好。適于制作耐沖擊載荷的機械零件，如汽車齒輪、活塞桿、螺栓、滾動軸承等。

②G20CrNiMo G20CrNiMo鋼有良好的塑性、韌性和強度。滲碳或碳氮共滲后，其疲勞強度比GCr15高很多，淬火后表面耐磨性與GCr15相近，二次淬火后表面耐磨性比GCr15高很多，而心部韌性好。用于制作受沖擊載荷的汽車軸承及其他用途的中小型軸承，也可制作汽車、拖拉機用的齒輪及鉆探牙輪鉆頭的牙爪及牙輪體。

③G20CrNi2Mo G20CrNi2Mo鋼的表面硬化性能中等，其冷加工、熱加工塑性較好，可制成棒材、板材、鋼帶及無縫鋼管。適于制作汽車齒輪、活塞桿、圓頭螺栓、萬向接頭及滾動軸承等。

④G20Cr2Ni4 G20Cr2Ni4鋼是常用的滲碳合金結(jié)構(gòu)鋼。滲碳、淬火、回火后，其表面有高硬、高耐磨性及高接觸疲勞強度，而心部有良好的韌性，可承受強烈沖擊載荷。其焊接性中等，焊前需預(yù)熱至150℃。G20Cr2Ni4對白點有敏感性，有回火脆性。用于制作耐沖擊載荷的大型軸承，如軋鋼機軸承，也用于制作坦克、推土機上的軸、齒輪等。

⑤G20Cr2Mn2MoG20Cr2Mn2Mo鋼是優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼，滲碳、淬火、回火后有相當高的硬度、耐磨性和高接觸疲勞強度，同時心部又有較高的韌性。與G20Cr2Ni4相比，基本性能相近，工藝性各有特點。用于制作特大型軸承。

⑥G13Cr4Mo4Ni4V(高溫滲碳軸鋼)G13Cr4Mo4Ni4V鋼是在高溫下使用的低碳滲碳合金鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，具有高的接觸疲勞強度、沖擊韌度和斷裂韌度，特別適合用于高Dn①值時用的耐沖擊軸承。用于制作航空發(fā)動機的高溫軸承或其他 行業(yè) 使用的耐高溫、耐沖擊軸承。

①D--軸承直徑(mm)；n--主軸速度(r/min)

2）化學成分

滲碳軸承鋼的高溫滲碳軸承鋼的化學成分

3）力學性能

滲碳及高溫滲碳軸承鋼的力學性能

①G20CrMo滲碳軸承鋼

G20CrMo滲碳軸承鋼疲勞極限

②G20CrNiMo滲碳軸承鋼

G20CrNiMo滲碳軸承鋼室溫力學性能

3、高溫軸承鋼

1）高溫軸承鋼的牌號、特性及用途：

①Cr4Mo4V高溫軸承鋼Cr4Mo4V鋼是含鉬高速鋼，用此鋼制造的滾動軸承可在316℃的高溫下工作。這種鋼的尺寸穩(wěn)定性較好，有較高的高溫硬度和高溫接觸疲勞強度。其缺點是鍛造、可加工性較差，熱處理時的脫碳敏感性大。用于制造在高溫下工作的滾動軸承套圈及滾子。

②Cr14Mo4高溫不銹軸承鋼Cr14Mo4高溫不銹軸承鋼是一種高碳高鉻馬氏體不銹鋼，有較高的高溫硬度和良好的耐蝕性，耐磨性比Cr4Mo4V鋼稍低，可加工性比Cr4Mo4V鋼好。適合用于制造長期工作在中、低工作載荷且溫度低于300℃環(huán)境中的零件。

③W18Cr4V高溫軸承鋼W18Cr4V鋼是通用鎢系高速鋼。在500℃和600℃時，其高溫硬度仍分別保持在57~58HRC和52~53HRC的水平。因此鋼的高溫硬度和熱硬性都較高。適于制造各類切削刀具及540℃以下工作的高溫軸承件。

④W9Cr4V2高溫軸承鋼W9Cr4V2鋼的性能與W18Cr4V鋼相近，但鋼中的含鎢量僅為W18Cr4V鋼的一半，鋼中的碳化物數(shù)量減少，淬火后鋼的硬度與W18Cr4V相擬。其磨削性能較差，應(yīng)用較少。適于制造刀具及高溫軸承。

⑤GCrSiWV(GCr15SiWV)中溫軸承鋼GCrSiWV鋼是一種空淬型鋼種，具有硬度高、耐磨性好、尺寸穩(wěn)定、接觸疲勞強度高等特點。適于制造工作溫度在250℃左右的軸承件，也可用于制造柴油機油泵的油嘴偶件等。

2）化學成分及力學性能

高溫軸承鋼的化學成分

4、不銹軸承鋼

列入國家標準的不銹軸承鋼有9Cr18和9Cr18Mo兩個牌號。

1）特性及用途

9Cr18是高碳、高鉻馬氏體不銹鋼，淬火后有高硬度和高耐蝕性。9Cr18Mo是在9Cr18鋼中加入鉬元素發(fā)展起來的。和9Cr18鋼相比，9Cr18Mo鋼淬火后的硬度和穩(wěn)定性更好。這兩種不銹鋼可用于制造在腐蝕環(huán)境及無潤滑的強氧化氣氛中工作的軸承，如船舶、化工、石油機械中的軸承及航海儀表上的軸承等，也可作為耐蝕高溫軸承材料，但使用溫度不能超過250℃。此外，它們還可以用于制作醫(yī)療手術(shù)刀具。

2）化學成分及力學性能耐

9Cr18M和9Cr18Mo鋼的化學成分


 

3）熱加工及熱處理

不銹軸承鋼的導熱性較差，熱加工時最好采用冷裝爐加熱，加熱速度不要太快，特別是在700℃以下時更應(yīng)緩慢加熱，同時還應(yīng)控制較高的停鍛、停軋的溫度并嚴格控制緩冷條件。

5、無磁軸承鋼70Mn15Cr2Al3WMoV2

特性及用途：

70Mn15Cr2Al3WMoV2鋼是沉淀硬化型奧氏體鋼，具有低磁導率、高強度、高硬度、高耐磨性等特點。退火后其可加工性較好，是無磁軸承和無磁模具的優(yōu)良材料，也可用于制造要求強度高、耐磨、無磁的電子零件。

二、軸承鋼產(chǎn)品國內(nèi)市場份額

軸承鋼產(chǎn)品國內(nèi)市場份額

第二節(jié) 國內(nèi)軸承鋼產(chǎn)品 技術(shù)工藝 應(yīng)用 分析

1、具有國際先進水平的高檔軸承鋼研制成功

萊鋼集團特殊鋼廠與瓦房店軸承產(chǎn)品有限公司聯(lián)合開發(fā)的55SiMoV高檔軸承鋼近日獲得成功，各項主要技術(shù)指標達到國際先進水平，這標志著我國特殊鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整取得新進展。

據(jù)悉，55SiMoV高檔軸承鋼每噸產(chǎn)品的售價在萬元以上，具有高淬透性、高強韌性、高疲勞壽命，耐高溫、耐沖擊、耐磨等優(yōu)點，有著廣闊的市場前景。在生產(chǎn)過程中，萊鋼特殊鋼廠加強工藝監(jiān)管和控制，推行電爐TPC技術(shù)、精煉NCC技術(shù)和全過程溫度履歷控制技術(shù)，實施精煉和真空脫氣的標準化操作，并在連鑄工序使用電磁攪拌，軋鋼過程采取水除鱗等技術(shù)措施，保證了產(chǎn)品的研發(fā)成功。

這一產(chǎn)品的研制成功加速推進了企業(yè)特鋼產(chǎn)品的直銷進程，將增強企業(yè)駕馭市場的能力。目前，萊鋼特鋼系統(tǒng)已形成了從市場技術(shù)調(diào)研、 研究 開發(fā)、生產(chǎn)試制、市場開發(fā)、售后服務(wù)及用戶應(yīng)用技術(shù) 研究 、產(chǎn)品生命周期 研究 一體化的產(chǎn)品開發(fā)鏈，今后還將相繼開發(fā)一批高附加值、市場看好的新產(chǎn)品。

2、軸承鋼的感應(yīng)熱處理技術(shù)

感應(yīng)熱處理是目前最經(jīng)濟和節(jié)能的熱處理方法，該工藝處理后 的零件相當于一種復合材料，通過感應(yīng)熱處理與其他熱處理工藝方 法耗能的對比，可知感應(yīng)熱處理的優(yōu)越性十分明顯，其特點為：

1）內(nèi)熱源直接加熱，加熱速度快，生產(chǎn)效率高，幾乎無氧化 脫碳，節(jié)能效果顯著；

2）淬火質(zhì)量穩(wěn)定，表層得到細針狀的馬氏體組織，表面硬度 高，疲勞強度和使用壽命得到提高；

3）加熱零件表面，變形小，對缺口的敏感性??；

4）便于實現(xiàn)機械化和自動化操作；

5）可進行工件的局部淬火、正火或退火等；

第三節(jié) 我國軸承鋼產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用成熟度解析

從軸承鋼產(chǎn)品的演變歷程來看，上世紀60年代以前，我國主要使用高碳鉻軸承鋼；60～70年代主要應(yīng)用高溫軸承鋼、不銹軸承鋼和無磁（耐蝕）軸承鋼；80年代以高溫滲碳軸承鋼為主；進入2000年以后，高溫、耐蝕滲碳軸承鋼和高溫、無磁、耐蝕軸承鋼異軍突起，成為主角。

值得一提的是，現(xiàn)如今我國軸承鋼 行業(yè) 產(chǎn)品開發(fā)能力大幅提高，為重大裝備和重點主機的配套率已經(jīng)達到80%左右，高端產(chǎn)品開發(fā)也實現(xiàn)了重大突破。

第四節(jié) 軸承鋼產(chǎn)品 技術(shù)工藝 與市場應(yīng)用關(guān)系 分析

隨著冶煉設(shè)備水平的提高和真空脫氣工藝技術(shù)的應(yīng)用，氧含量已經(jīng)從原來電爐鋼的30～40ppm下降到真空脫氣模鑄鋼的9～13ppm和連鑄鋼的6～10ppm，甚至更低，基本接近國際先進水平。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，從2006年到2009年，我國軸承鋼的平均氧含量呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，分別達到6.82ppm、6.55ppm、5.77ppm和5.46ppm。

雖然近年來的技術(shù)進步有目共睹，但是目前國產(chǎn)軸承鋼在整體質(zhì)量水平和穩(wěn)定性等方面，與國際先進水平還存在較大的差距。

從性能多樣化的角度來說，鐵路提速對高品質(zhì)軸承鋼的需求日益增加?，F(xiàn)如今，我國軸承鋼產(chǎn)品正在向低噪音、無振動、無故障、低成本、高性能和長壽命的方向發(fā)展，用戶對軸承鋼的產(chǎn)品質(zhì)量和成本提出了更加苛刻的要求，從而帶動了高品質(zhì)軸承鋼需求的增加。

第五節(jié) 不同類型生產(chǎn)工藝優(yōu)缺點比較

以下從煉鋼、連鑄，到開坯、棒線成材軋制，制管技術(shù)和熱處理技術(shù)的進展情況簡介如下。

1、煉鋼、連鑄技術(shù)的進步。在降低非金屬夾雜方面，眾所周知以降低鋼中氧殘存量最為有效。經(jīng)過不斷改進，隨著鋼中氧殘存量（ppm）的下降， 軸承鋼的轉(zhuǎn)動疲勞強度呈現(xiàn)提高。不僅氧殘存量大幅減少，夾雜物的粒徑亦大幅縮小。

為生產(chǎn)含氧量低的高潔凈鋼，通過精煉、脫氣以減少含氧量是必不可少的，從防止鋼水的再氧化出發(fā)，還必須充分考慮改善耐火材料的質(zhì)量和在無氧化氣氛下鑄造。目前普遍采用的工藝為電爐精煉后采取偏心爐底出鋼、鋼包精煉脫氣、RH脫氣、連鑄電磁攪拌等工藝技術(shù)。

快速熔化。它不僅對質(zhì)量有好處，對提高生產(chǎn)效率亦很重要、.目前的發(fā)展方向是采用超高功率大容量電爐以實現(xiàn)快速熔化，如山陽 特鋼將電爐容量由30t逐步擴大到60t、90t和150t，使每小時鋼錠生產(chǎn)量達125t，同時由于快速均勻熔化，軸承鋼的質(zhì)量亦得到提高。

鋼包精煉和偏心爐底出鋼。采用鋼包精煉使通過對渣成分的控制以生成強還原性渣和通過復合多孔渣的氣體強攪拌作用，從而促進了渣和金屬間的反應(yīng)，使脫氧、脫硫的鋼水精煉容易實施，加上耐火材料技術(shù)的進步，來自耐火材料的污染亦得到防止。還有電爐采用偏心爐底出鋼后，出鋼時可防止氧化渣的混入，可使高潔凈鋼更加穩(wěn)定生產(chǎn)。

真空脫氣。主流是RH脫氣法，由于采用脫氣中不被鋼水中渣卷入的環(huán)流脫氣法，且真空度可較易達到0.1托，故非常適合于軸承鋼脫氧；

連鑄。連鑄以由中間包供應(yīng)潔凈鋼水為前提，為此連鑄時防止再氧化十分重要。現(xiàn)用設(shè)有浸入式水口的大容量中間包，在包內(nèi)充滿惰性氣體，并對包蓋和測溫孔密封以防止空氣侵入，使包內(nèi)的氧濃度基本保持零水平，再加上防止耐火材料污染的相關(guān)措施，使含氧<5ppm的高潔凈軸承鋼可批量生產(chǎn)。還有通過對結(jié)晶器內(nèi)鋼水的電磁攪拌和凝固末期的壓下技術(shù)使中心部的偏析得以改善，連應(yīng)用較晚的滾珠用線材從90年代后期開始亦用連鑄坯生產(chǎn)。

總之，由于以下技術(shù)，形成了品質(zhì)和生產(chǎn)效率兼優(yōu)的軸承鋼生產(chǎn)工藝。

2、超高潔凈操作技術(shù)。在上述基礎(chǔ)上，為了進一步提高軸承鋼的質(zhì)量，1992年開發(fā)成功超高潔凈軸承鋼，其核心技術(shù)是對煉鋼方法和潔凈度評價用的極值統(tǒng)計法。因為鋼的強度決定于鋼中雜質(zhì)中的粒徑最大者，極值統(tǒng)計法即以預(yù)測被檢面積中最大夾雜物的粒徑以用來表示鋼的潔凈度指標。為生產(chǎn)這一高潔凈鋼從過去的要求低氧、穩(wěn)定進一步發(fā)展到減少影響回轉(zhuǎn)疲勞強度的大型氧化物夾雜，并充分綜合利用現(xiàn)有的精煉技術(shù)和連鑄技術(shù)以上升到更先進的煉鋼法。于是按極值統(tǒng)計法評價的潔凈度，按預(yù)測的大型夾雜物的粒徑僅為過去鋼的1/2，波幅在縮小，軸承鋼的質(zhì)量亦進—步提高。為了進一步提高軸承鋼的質(zhì)量，正在 研究 使用高頻超聲波的潔凈度評價法。

3、開坯、棒線軋制技術(shù)的進步。開坯軋制技術(shù)、軸承鋼易產(chǎn)生凝固偏析和疏松。為解決疏松問題，除從連鑄上采取措施外，還開發(fā)成功用連續(xù)鍛壓機壓下以改善的方法及在凝固大鋼坯開坯前先用四面鍛壓機和在線壓力機進行強壓下以改善的方法。

棒、線材軋制技術(shù)

A、控制軋制、控制冷卻。特殊鋼業(yè)于上世紀80—90年代紛紛應(yīng)用控軋、控冷技術(shù)，通過軋制的低溫化和軋后冷卻速度的控制，以達到相變組織的最佳化和微細化，從而可省略正火和退火熱處理及提高力學性能和減薄氧化鐵皮層等。對亞共析鋼的結(jié)構(gòu)用特別有效的控制軋制，很快亦用于軸承鋼的生產(chǎn)。軸承鋼在高溫軋制后緩冷時，在舊奧氏體晶界滲碳體以網(wǎng)狀析出，如原狀進行球狀退火，很難形成良好的微觀組織，為了切斷這一網(wǎng)狀組織，通常采取正火熱處理，為省略這一正火熱處理便可應(yīng)用控制軋制。具體方法為通過低溫加熱、低溫終軋，或者在軋后滲碳體析出溫度區(qū)快冷，以抑制滲碳體向晶界析出，從而可得到良好的球狀退火組織。對于大直徑鋼材由于內(nèi)部的冷卻速度難以控制，一部分仍需正火熱處理，但隨著控軋技術(shù)的進步，可省略正火的鋼材直徑正在擴大。低溫加工下，在球狀退火熱處理時亦可達到微觀組織的微細化和切斷部分碳化物組織。從而具有使?jié)B碳體易球狀化以改善退火組織的效果。

B、精密軋制、尺寸可調(diào)軋制。從上世紀80年代后期到90年代中期，在棒、線材的終軋階段采用三輥和四輥精密軋機以達到省去以后拉拔加工和降低成本的目的。此類精密軋機由于輥間隙可進行調(diào)整，故用同一軋機可進行尺寸可調(diào)軋制。軸承鋼制滾軸和滾珠等回轉(zhuǎn)體多用冷拔加工材，過去用冷拔2次和1次的鋼材由于現(xiàn)軋材尺寸精度的提高可以省去1次和2次冷拔及相應(yīng)的熱處理和酸洗等工序，經(jīng)濟效果十分顯著。

4、制管技術(shù)的進步；軸承鋼熱軋鋼管的生產(chǎn)方法有穿孔法、S棒軋管法等大部分均可保證批量生產(chǎn)和尺寸精度，一般穿孔法占70%，芯棒軋管法占30%。隨著軸承的小型化和低成本化，軸承鋼管亦要求實現(xiàn)小徑化、薄壁化、高精度化、脫碳層減薄和表面缺陷減少等提高質(zhì)量的呼聲日高，隨之產(chǎn)生了小徑熱軋管增加和向冷拔管的轉(zhuǎn)換。

鋼管的冷加工方式有周期式軋管和冷拔式，各有其特點，山陽 特鋼采用了軸承鋼管冷加工主流方式的周期式軋管，現(xiàn)有周期式軋管機15臺。在外徑尺寸精度方面冷拔法比軋管法較好，但開發(fā)成功在周期式軋管后再通過精軋架的新技術(shù)使外徑尺寸精度和真圓度都達到了冷拔法的水平。

5、二次加工技術(shù)的進步。熱處理技術(shù)。軸承鋼的熱軋狀態(tài)很硬，為確保加工性還有為達到淬火回火狀態(tài)下良好的疲勞壽命特性，一般多實施球狀退火熱處理。各廠多采用大型連續(xù)熱處理爐，為改善球狀組織和硬度，并開發(fā)成功對升溫速度的控制技術(shù)、利用控軋以簡化部分熱處理的技術(shù)和重復奧氏體化加熱等技術(shù)，并已實用化。還有為減少表面脫碳層，開發(fā)成功先經(jīng)表面滲碳后在保護氣氛爐內(nèi)進行球狀退火的新技術(shù)，并已實用化。

省去冷拔工序。軸承鋼的滾珠和滾軸等回轉(zhuǎn)體，一般是用冷拔材經(jīng)冷鍛加工成形的。采用±0.11mm尺寸公差的超高精度軋制棒、線材后，可將冷拔和配套的酸洗熱處理等工序省略，經(jīng)濟效益亦好。

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