轴承钢牌号、化学成分及标准对比.doc

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调研报告内容：1、概述（研究目的与意义）2、该产品研究国内外研究与发展现状(发展过程、现状及发展前景)3、技术、市场分析（重点介绍）3.1 国内生产现状（包括主要生产厂家、各厂家生产该产品采用的生产工艺流程、生产设备、关键技术、生产规格、执行标准或技术条件、产品产量和质量状况、现有及潜在用户、市场占有情况等）（重点介绍）3.2市场分析（包括现有和潜在市场容量、产品规格、售价、利润情况、主要品种、主要目标用户及加工工艺、技术质量要求等）（重点介绍）4、可行性分析莱钢开发生产该产品的必要性和可行性分析（主要分析莱钢现有装备和工艺条件是否满足、产品利润预测等）5、其它：特殊要求品种需要介绍一下钢种定义、性能特点、主要用途、用户个性化要求等）1、概述（研究目的与意义）作为合金钢的一种,轴承钢包括高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及特殊工况条件下应用的特殊轴承钢。目前,我国轴承钢总产量已达220万t左右,其中高碳铬轴承钢约占轴承钢总产量的90%以上。轴承钢是所有合金钢中质量要求最严格、检验项目最多、生产难度最大的钢种之一，主要用于制造滚动轴承。世界公认轴承钢的生产水平是一个国家冶金水平的标志。对于一个企业来说，轴承钢的生产水平也是一个企业冶金水平的标志，纵观国际及国内的知名特钢生产企业，无一不将轴承钢特别是高标准轴承钢作为其产品调整、发展战略的一个重要目标。我国的一些知名特钢生产企业如:兴澄特钢、东北特钢、上海宝钢特钢生产的轴承钢具有品质高（通过国际知名轴承公司skf、fag、timken认证），产量大（年产量基本维持在30-50万吨的水平）等特点。 莱钢特钢作为一个老牌特钢生产企业，目前轴承钢生产只能按国内标准生产，档次低、品种单一、产量低（年产量在1万吨左右），与国际、国内的知名特钢生产企业相比差距明显。根据现有装备和生产水平，开发高品质轴承钢，并适当扩大产量不仅对于进一步调整、优化企业产品结构，提高莱钢特钢产品的附加值及经济效益，增强市场竞争能力具有重要意义，而且有利于提升企业的知名度。2、轴承钢研究国内外研究与发展现状(发展过程、现状及发展前景)2.1国内外轴承钢钢种系列发展状况轴承用钢的质量是所有合金钢中要求最严格、检验项目最多的钢种。世界公认轴承钢的水平是一个国家冶金水平的标志。随着科学技术迅猛发展，轴承钢使用条件日益恶劣，对轴承提出了非常苛刻的要求。由于轴承的工作环境、使用条件不同,除了大量生产高碳铬轴承钢外,还发展了渗碳轴承钢、中碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等系列钢种。高碳铬轴承钢是轴承钢的代表钢种,各国对之都有专用的技术标准。例如, iso/fdis683-17中纳标的高碳铬轴承钢钢种有: 100cr6、100crmnsi4-1、100crmnsi6-4、100crmnsi6-6、100crmo7、100crmo7-3、100crmo7-4、100crmnmosi8-4-6。美国的astm a295的高碳铬轴承钢包括:52100、5195、unsk19526、1070m、5160。此外,美国对高淬透性的高碳铬轴承钢,有专用标准astm a485,其包括的钢种有: grade1grade4、100crmnsi4-4、100crmnsi6-4、100crmnsi6-6、100crmo7、100crmo7-3、100crmo7-4、100crmnmosi8-4-6。中国的高碳铬轴承钢(gb/t18254-2002)包括的钢种有: gcr15、gcr15simn、gcr4、gcr15simo、gcr18mo。渗碳轴承钢的表面经渗碳处理后具有高硬度和高耐磨性,而心部仍有良好的韧性,能承担较大的冲击。这类钢的最高使用温度也一般在200以下。这类钢在美国的产量约占轴承钢总产量的30%,在中国仅占3%左右。iso/fdis683-17中纳标的渗碳轴承钢钢种有20cr3、20cr4、20mncr4-2、17mncr5、19mncr5、15crmo4、20crmo4、20mncrmo4-2、20nicrmo2、20nicrmo7、18crnimo7-6、16nicrmo16-5。美国的astm a534的渗碳钢标准中,除了覆盖iso/fdis683-17的所有钢种外,还包括:4118h、4320h、4620h、4720h、4817h、4820h、5120h、8617h、8620h和9310h。中国的渗碳轴承钢标准gb/t3203-82中的钢种有: g20crmo、g20crnimo、g20crni2mo、g20cr2ni4、g10crni3mo、g20cr2mn2mo。g20crmo钢经渗碳、淬回火后,表层具有较高硬度和耐磨性,达到轴承材料基本要求。心部硬度较抵,有较好的韧性,适用于制作受冲击负荷的零部件。另外还具有较高的热强性。它与美国的4118h相近似。g20crnimo钢经渗碳或碳氮共渗后具有明显优于gcr15钢的接触疲劳寿命,表面耐磨性与gcr15钢相近。心部有足够的韧性。该钢具有良好的淬透性。它是制作耐冲击负荷轴承的良好钢种,它与美国的8620h相近。g20crni2mo钢具有中等表面硬化性,它比g20crnimo钢具有更好的淬透性和高的综合力学性能。适用于制作铁路火车的滚动轴承套圈,还可制作汽车的齿轮。它与美国的4320h相近。g20cr2ni4钢渗碳后表面具有相当高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度,同时心部韧性良好,能耐强烈的冲击负荷。但对白点形成敏感,有回火脆性。适合制作耐冲击负荷的大型轴承。g10crni3mo是一种合金含量相对高的、高淬透性的表面渗碳钢。因其含碳量较低,心部硬度不高于3238hrc。它与美国的9310h相近。g20cr2mn2mo钢的强度、塑性、韧性及工艺性能与g20cr2ni4钢相似,其渗碳速度快,易达饱和,渗碳表面易形成粗大碳化物。用于制造高冲击负荷下工作的特大型和大中型轴承零件。中碳轴承钢的开发主要为适应轮毂和齿轮等部位具有多种功能的轴承部件或特大型轴承。适用于制作掘进、起重、大型机床等重型设备上用的特大尺寸轴承，一般转速不高，但承受较大的轴向、径向载荷及弯曲应力等。其热加工、冷加工性能较好,与渗碳、碳氮共渗相比较,工艺也较简单,且同样达到表面硬化效果,因此,近年来发展较快。iso/fdis683-17中纳标的中碳轴承钢钢种有: c56e2 (相当于s55c或sae1055)、56mn4、70mn4 (相当于sae1070)、43crmo4 (相当于scm440或sae4142)。美国中碳轴承钢标准astm a866 (2001)中,除了c56e2和56mn4之外,还有: 1030、1040、1050、1541、1552、4130、4140、4150、5140、5150、6150和43crmo4。这些中碳轴承钢淬回火处理后具有高的屈强比,较高弹性极限和耐磨性能,良好的抗疲劳和抗多次冲击性能。中国没有专用的中碳轴承钢。常借用于中碳轴承的中碳合金钢钢种有: 55、50mna、70mn、37cra、65mn、50crva或50crni、55simova、50simo、50crnimo或sae8660。不锈轴承钢主要为适应化工、石油、造船、食品工业等的需要而发展起来的,用于制造在腐蚀环境下工作的轴承及某些部件,也可用于制造低摩擦、低扭矩仪器、仪表的微型精密轴承。不锈轴承钢主要有:中、高碳马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等。为满足轴承的硬度要求,多采用马氏体不锈钢。iso/fdis683-17中纳标的不锈轴承钢钢种有: x47cr14、x65cr14、x108crmo17 (相当于astm440c)、x90crmov18-1。美国标准astm a756中的不锈轴承钢有:440c和440cmod。中国不锈轴承钢标准gb3086中的钢种为9cr18 (相当astm440c)和9cr18mo。随着航空、航天工业的发展,喷气发动机、燃汽轮机和宇航飞行器的制造的要求越来越高,轴承的工作温度越来越高,甚至高于300。这样,高温轴承钢应运而生。高温轴承钢应具有高的高温硬度(大于50hrc)、尺寸稳定性、耐高温氧化性、低的热膨胀性和高的抗蠕变强度。其中前两项为选择高温轴承钢材料的主要指标。高温轴承钢可分为:高温不锈轴承钢、高温高速工具钢、高温渗碳轴承钢。iso/fdis683-17中纳标的高温轴承钢钢种有:80mocrv42-16、x82wmocrv6-5-4、x75wcrv18-4-1。美国的高速工具钢标准astm a600(1999)中的t1、m2、m50等钢种可作为高温轴承钢使用。中国高温轴承钢的标准gb3086中的钢种为: 8cr4mo4v和10cr14mo4。8cr4mo4v是一种含mo的高温不锈钢,在astma600标准中相当于m50,也是各国广泛使用的一种高温轴承钢,具有较好的高温硬度和高温尺寸稳定性,并且有高的高温接触疲劳性能。可以制造工作温度在315以下使用的轴承。主要用于飞机、舰艇发动机轴承、冶金、化工和原子能工业中高温设备轴承。10cr14mo4钢是9cr18mo的改进钢种，其增加了mo量,减少了cr量,使其高温硬度和耐磨性提高,使用温度可达480。中国高温轴承钢系中的高速工具钢的钢种有cr4mo4v和w18cr4v。前者相当于美国的m50,因综合性能好和合金元素含量低而广泛使用,它在耐磨性、高温硬度和抗氧化性等方面与10cr14mo4相当,作为中级高温轴承材料可以制造工作温度在315以下使用的轴承。后者相当于astma600中的t1,适用于更高温度和更好的高温硬度下工作的轴承。中国高温轴承钢系中还没有合适的渗碳高温钢。2.2轴承钢钢种的发展动向对于高碳铬轴承钢来讲,主要是提高钢材的纯洁度和钢中碳化物的充分均匀化。氧化物夹杂是轴承钢中最具危害性的,对疲劳破坏有显著的影响。氧含量越高,不仅造成氧化物夹杂数量增多,而且氧化物夹杂尺寸增大,偏析严重,夹杂级别增高,对疲劳寿命的危害也就加剧。在21世纪的今天,冶金材料工作者正在为钢中氧含量接近2-3g/g这样的极限值的新目标而努力。当前,人们关注的另一个体现轴承钢清洁度的热点是钢中钛含量的水平。skf公司的试验表明:钛含量从40g/g降到10g/g ,能使寿命提高约2倍。日本某公司的试验表明:如果能控制在12g/g以下,微型轴承可达到静音的运转效果。因此,要努力降低钢中的钛。目前,希望轴承钢钢中钛含量在6g/g以下。另外，除了控制高纯洁度钢水中的非金属夹杂物的数量之外,还需控制其形态与分布。在钢中碳化物的控制方面,通过控轧或轧后快冷基本消除了高碳铬轴承钢网状碳化物,获得了合适的预备组织。这在缩短球化退火时间、细化碳化物、提高疲劳寿命等方面都取得了适用性效果。前苏联和日本的研究动向之一是低温控轧(800-850以下),轧后不经水冷,采用空冷后短时间退火,或完全取消球化退火工艺,就可得到合格的组织。动向之二是650加工。高碳铬轴承钢热加工前若具有细晶粒组织或在加工过程能形成细晶粒,则在一定变形速率下,呈现出超塑性。在提高球化退火质量并获得细小、均匀、球形的碳化物以及缩短退火时间或取消球化退火工序的研究方面有了进展。轴承钢盘条采用两次组织退火,将拉拔后的720-730再结晶退火改为760的组织退火。这样可得到硬度低、球化好、无网状碳化物的组织。这在缩短球化退火时间、细化碳化物、提高疲劳寿命等方面都取得了适用性效果。渗碳轴承钢和中碳轴承钢,除了提高钢材的纯洁度外,为满足用户特殊环境下的长寿命化的需求,要开发特殊工况条件下的新钢种。不锈轴承钢,主要是致力于耐蚀性和耐热性的多用途化条件下的马氏体不锈钢的开发。对于高温轴承钢来讲,重点是航空、宇航等高温用轴承钢的开发。另一方面,现有的高温轴承钢系中的高碳高温不锈钢、高速钢都因合金元素含量高而价格昂贵,特别是高速钢类高温轴承钢的车削、磨削加工以及热处理都给轴承制造带来一定困难。为此,美国研制出一种性能良好的渗碳高温轴承钢。这种钢的退火硬度hb不大于192,可直接在最佳淬火温度1149下渗碳,而获得最快的渗碳效果,也可在较低温度下,如927渗碳,表面渗碳量可达0.80%-1.40%。该钢种适用于制造427-482下连续运转的轴承零件,还可用于制造538下间歇工作的轴承零件。目前,国外发展的几个渗碳高温轴承钢钢种有: cbs600、cbs1000、m315等。我国已开发轴承钢钢种牌号、成分及与国外轴承钢牌号对比分布见表2及表3。表2 我国已开发主要轴承钢钢种牌号、成分统计高碳铬轴承钢gb/t18254-2002牌号化学成分/%csimncrmopsnicuni cuo模铸连铸gcr40.950.150.150.350.080.0250.020.250.20.00150.00121.050.30.30.5gcr150.950.150.250.350.10.0250.0250.30.250.50.00150.00121.050.350.450.5gcr15simn0.950.450.951.40.10.0250.0250.30.250.50.00150.00121.050.751.251.65gcr15simo0.950.450.951.40.10.0250.0250.30.250.50.00150.00121.050.751.251.65gcr18mo0.950.450.951.40.10.0250.0250.30.250.50.00150.00121.050.751.251.65另:根据需方要求，并在合同中注明，供方应分析sn、as、sb、pb、al等残余元素，具体指标双方协商。轴承管用钢cu0.20%，盘条用钢s0.020%，钢坯及钢材的化学成分允许偏差c0.03、si0.02、mn0.03、cr0.05、p0.005、s0.005、ni0.03、cu0.02、mo0.10%时，0.01；mo0.10%时，0.02。需方可按炉批对钢坯及钢材进行成品分析。渗碳轴承钢gb/t3203-1982g20crmo0.170.20.650.350.080.030.030.250.230.350.950.650.15g20crnimo0.170.150.60.350.150.030.030.40.250.230.40.90.650.30.7g20crni2mo0.170.150.40.350.20.030.031.60.250.230.40.70.650.32g20cr2ni40.170.150.31.250.030.033.250.250.230.40.61.753.75g10crni3mo0.080.150.410.080.030.0330.250.130.40.71.40.153.5g20cr2mn2mo0.170.151.31.70.20.030.030.300.250.231.620.3另:渗碳轴承钢按高级优质钢生产时，其硫、磷含量应0.020%，钢材的化学成分允许偏差c0.02、si0.03、mn0.04、cr0.05、p0.005、s0.005、ni0.05、cu0.05、mo0.02。不锈轴承钢gb/t3806-1982牌号化学成分/%csimncrmopsnicuni cuo模铸连铸9cr180.90.800.80170.0350.030.30.250.51199cr18mo0.950.800.80160.40.70.0350.030.30.250.51.118另：钢坯及钢材的化学成分允许偏差cr0.15、mo0.03。中碳轴承钢37cra0.340.170.500.800.410.370.801.1065mn0.620.170.900.30.250.700.371.000.2550crva0.470.170.500.80v0.540.370.801.100.10-0.2050crni0.470.170.500.451.00.540.370.800.751.455simova50crnimo高碳铬轴承钢yjz84gcr61.050.150.20.40.10.0250.0250.30.250.51.150.350.40.7gcr910.150.250.90.10.0250.0250.30.250.51.10.350.451.2gcr9simn10.450.950.90.10.0250.0250.30.250.51.10.751.251.2gcr150.950.150.250.350.10.0250.0250.30.250.51.050.350.450.5gcr15simn0.950.450.951.40.10.0250.0250.30.250.51.050.751.251.65另：钢坯及钢材的化学成分允许偏差c0.03、si0.02、mn0.03、cr0.05、p0.005、s0.005、ni0.03、cu0.02、mo0.10%时，0.01；mo0.10%时，0.02。需方可按炉批对钢坯及钢材进行成品分析。高温轴承钢8cr4mo4v0.753.754.04.50.0150.0080.20.2v0.850.350.354.250.901.10g13crmo4-niv0.110.100.154.004.04.50.0150.01v0.150.250.354.251.131.33表3 国内外轴承钢牌号对比表高碳铬轴承钢中国美国德国日本法国国际瑞典标准号牌号标准号牌号标准号牌号标准号牌号标准号牌号标准号牌号标准号牌号gb/t18254gcr9astm a295s1100din17230jis g4805suj1nf a35-565iso683-17skf d33skf13gcr9simnastm a485cr1suj32skf1gcr15astm a295s2100100cr6suj2100cr61skf3gcr15simnastm a295s2100100crmn6suj2100cm63skf2不锈轴承钢gb/t182549cr18astm a756jis g4805sus440cnf a35-565iso683-17skf d339cr18mosus440cz100cd1721skf577高温轴承钢yb/t 6888cr4mo4vastm a600m50iso683-173010cr14mo4cr14mo4中碳轴承钢gb/t3203g20crmoastm a5344118hjis g4103nf a35-565iso683-17skf d33g20crnimo8620hsncm22020ncd212skf152g20crni2mo4320hsncm42020ncd714g20cr2ni4g10crni3mo9310hg20cr2mn2mo中碳轴承钢astm a866c56e2iso683-17c56e256mn456mn456mn456mn43.技术、市场分析（重点介绍）3.1轴承的工作环境及对轴承、轴承钢的性能要求3.1.1轴承的工作环境及对轴承的性能要求 轴承是由内、外套圈、滚动体（滚珠、滚柱或滚针）和保持器四部分组成，除保持器外，其余都是由轴承钢组成。当轴承工作时，轴承内、外套圈，轴承滚动体间承受高频、变应力的作用。轴承的工作条件十分复杂。载荷集中作用在滚动体的很小面积上。理论上讲对于滚珠，作用在一点上；而对于滚柱则作用在一条线上，并且滚动体与套圈间接触面积也很小（呈点/线接触），因此轴承零件在工作时，其滚动体和套圈表面的单位面积上要承受很大的压力，一般高达15005000n/mm2；轴承旋转时，还要承受离心力的作用，作用力随转速的增加而增大；滚动体和套圈间不仅存在滚动，而且还有滑动，所以在滚动体与套圈之间还存在着摩擦。在以上几种力的综合作用下，在套圈或滚动体的表面上抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹，最后形成疲劳剥落，使轴承破损失效。轴承正常的破损形式是接触疲劳损坏，常见的还有塑性变形、压痕、磨损、裂纹等。轴承的寿命和可靠性虽然与轴承的设计、加工制造、润滑条件、安装、维护保养等因素有关，但轴承材料的高质量和可靠性是关键。滚动轴承零件要在拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值之下，高速而长时间地工作。因此，对滚动轴承要求具有： 1）高的抗塑性变形能力， 2）高的抗摩擦、磨损性能， 3）高的旋转精度及尺寸精度， 4）好的尺寸稳定性， 5）长的使用寿命和高的可靠性。 对于在特殊条件下工作的轴承，还有特殊要求，如耐高温性能、耐低温性能、防腐蚀性能和抗磁性能等 等。3.1.2轴承钢材料及冶金质量性能要求为了满足以上对动轴承的性能的要求，对轴承钢材料提出了以下一些基本的性能要求： 1）高的接触