高品质轴承钢需求及质量控制

4、高品质轴承钢需求及质量控制北京科技大学、材料学院刘雅政2011.12第一页，共四十五页。目录一、轴承钢现状及高品质轴承钢需求二、轴承钢产品分类及标准三、轴承钢质量控制关键技术第二页，共四十五页。一、轴承钢现状及高品质轴承钢需求1轴承现状：高端轴承国内不能提供，依赖进口。轴承是国家重大技术装备的关键零部件，目前轿车、高铁、风电、精密机床、大型机械主轴配套轴承等重型装备用的高端轴承一直是中国轴承行业的软肋，长期依靠进口。2010年1-9月进出口量和价格相差悬殊，出口中低端产品为主，进口高端产品。a.高铁轴承—我国高速铁路迅猛发展，2007-2010年不到四年的功夫，运营里程达到了8358公里，占世界高铁总里程超过30％；高铁时速继380公里的高速列车下线之后，又开始研发时速500公里的高速列车系统。时速超过200公里的高速列车轴承全部进口，被国外轴承企业垄断：瑞典SKF、德国FAG轴承、INA轴承、日本NTN、NSK等公司。一个部件破损要整个轮对进口。2009年2月6日，日本NSK轴承公司与中国南车集团合作，成功签下武广高铁30个编组的轴箱轴承订单；2010年3月，瑞典SKF轴承宣布与中国铁道部在原来4年合约的基础上再续约4年；2010年10月，日本NTN轴承在中国境内最大的生产基地落户南京，一期投资1亿美元，建设用于高速铁路、地铁及风力发电所用轴承的生产基地。第三页，共四十五页。SKF中国铁路业务部副总经理黄志竟然坦言：“轴承在整个车的配置中虽然只占很小一块，但高铁这样的产品项目不容任何闪失。轴承最主要的在于可靠性，安全是第一的。中国高铁轴承市场因国有产品不足，而给外资厂商留下了较大空间，足以持续到2020年。”严重制约了国内高速铁路客车产业的正常发展，影响了高速铁路客车轴承的国产化配套。未来五年铁路轴承市场营销总额就可达近20亿元。开发高铁轴承填补空白、顶替进口，刻不容缓。高铁轴承组织与性能特点1.合理的硬度梯度分布：铁路机车上的使用经验表明，GCr15SiMn钢种淬透性好，表层和心部的硬度几乎相等，都可在HRC60以上。这样的硬度分布，对承受剧烈冲击负荷的轴箱轴承并不合适，内外套圈和滚子脆性大，冲击韧性低，容易发生裂损；

GCr15钢淬透性差，经适当热处理后，表层硬度可达HRC60-63，而心部较软，既能保证轴承有足够的疲劳寿命与磨损寿命，又具有承受冲击负荷的优良性能。2.残留奥氏体量控制：在相同的回火温度下，GCr15SiMn钢的残余奥氏体含量比GCr15钢高很多。GCr15经淬火和回火后，残余奥氏体一般为百分之十几，GCr15SiMn钢热处理后的残余奥氏体高达百分之二十几。较高的残余奥氏体含量导致轴承尺寸的不稳定，轴箱轴承常因此产生内孔直径的胀大，使轴承与轴颈的配合过盈量得不到保证，从而出现透锈和弛缓现象。3.纯净度：氢的存在，易在钢中形成白点，这是产生裂纹的潜在根源；氮会增加钢的回火脆性；氧化物硬度高，而难变形的氧化物等非金属夹杂物氧化铝、氧化铁等则是产生疲劳的起点。第四页，共四十五页。高铁发展--运行时速在200公里以上的铁路2007年4月18日之前，中国还没有一条可以称为“高速”的铁路2010年全国铁路营业里程达到了9.1万公里，高铁运营里程达到了8358公里，

占世界高铁总里程超过30％，稳居世界第一；几年前，中国铁路还以100公里左右时速“匍匐前进”现在，中国高铁最高运营试验时速达到486.1公里，堪称“陆地飞行”“十二五”期间，2011年全国铁路计划基建投资7000亿元人民币到2020年我国高速铁路里程将达1.8万公里根据《中长期铁路网规划（2008年调整）》到2012年我国将建成42条高铁客运专线总里程将超过1.3万公里这对动车组将形成800列的新增需求；2010年10月26日，拥有自主知识产权的“和谐号”CRH308A新一代高速列车动车组最高时速达416.6公里，创下当时世界运营铁路运行试验最高速度。但这一“陆上航班”所用轴承我国均无法生产。第五页，共四十五页。我国轴承行业规定的高铁轴承钢种为GCr15钢和GCr15SiMn钢；对于壁厚大于12mm或外径≥250mm的轴承套圈及直径大于22mm的滚子，规定必须采用GCr15SiMn钢，因为这一钢种淬透性好，表层和心部的硬度几乎相等，都可在HRC60以上。

但是铁路机车上的使用经验表明，这样的硬度分布，对承受剧烈冲击负荷的轴箱轴承并不合适，内外套圈和滚子脆性大，冲击韧性低，容易发生裂损。

GCr15钢淬透性差，经适当热处理后，表层硬度可达HRC60-63，而心部较软，这样，既能保证轴承有足够的疲劳寿命与磨损寿命，又具有承受冲击负荷的优良性能。研究还表明，在相同的回火温度下，GCr15SiMn钢的残余奥氏体含量比GCr15钢高很多。GCr15经淬火和普通回火后，残余奥氏体一般为百分之十几，而GCr15SiMn钢热处理后的残余奥氏体高达百分之二十几。较高的残余奥氏体含量导致轴承尺寸的不稳定，轴箱轴承常因此产生内孔直径的胀大，使轴承与轴颈的配合过盈量得不到保证，从而出现透锈和弛缓现象。采用G20CrNi2MoA渗碳轴承钢制造的轴承，除表面具有高的硬度、耐磨、高的疲劳强度、良好的尺寸稳定性外，轴承内部还具有高的韧性，用于制造承受冲击较大铁路机车有优势。第六页，共四十五页。b.风电轴承的现状在传统能源的相对匮乏、环境压力以及地缘政治的强烈不安全感，使得各国在发展包括风电在内的可再生能源方面不遗余力。1996年~2010年全球风电装机容量发展趋势图全球风力发电装机容量在2010年增长约为40GW，总装机容量达到200GW到2014年将再翻一倍达到400GW欧洲计划到2020年实现可再生能源占总发电量的20%，其中风电占到12%。而现在全球风电占总发电量的比例仅为1.19%。要实现12%的目标，还需要增长近10倍。每年新增风电装机容量将保持在2000万kW以上。欧洲风能协会在2011年3月15日在比利时首都布鲁塞尔发表公报表示，欧盟计划今后20年投资4000亿欧元，以实施风电工业计划。2030年时风能发电将占电力生产的28.5%。来源于全球风能协会《2010年各国风电装机统计》未来风电有着很大的发展空间。2010年，欧洲的风电市场发展创下新纪录：有308台海上风力发电机安装，装机容量比2009年增加了51%。价值26亿英镑的五个风电场总装机容量为883兆瓦(MW)，发电量可达2964MW。来源于欧洲风能协会(EWEA)

《欧洲风能产业——未来主要发展方向和2010风能数据》第七页，共四十五页。

按照我国能源发展战略，国家将大幅度提高风能、太阳能、生物质能等可再生能源在整个能源消费中的比例。在这一战略的引导下，近年来我国风电产业发展很快。我国2000年~2010年风机装机容量发展趋势2010年中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组12904;装机容量18927.99兆瓦，同比增长73.3%，占全球新增装机容量46.1%。累计装机容量达44733.29兆瓦，占全球累计装机容量的21.8%超过美国（占全球累计装机容量20.7%），居世界第一位数据来源于中国风能协会《2010年中国风电装机容量统计》2010年全球风电累计装机容量2010年全球风电新增装机容量到2010年底，我国风电装机容量为4473万千瓦，但不到可开发风能总量的2‰。预测2011年我国风电装机容量有望达5500万千瓦。图片来源于全球风能协会《2010年各国风电装机统计》第八页，共四十五页。按照“十二五”规划纲要，我国将建设陆上和海上大型风电基地，新建装机7000万千瓦以上。这意味着，在“十二五”期间，我国风电新增装机将保持平均每年不低于1400万千瓦的速度增长。我国风电开发市场潜力极为可观。风电产业的快速增长，为风电设备的发展提供了强有力的支撑。作为风电设备的关键零部件之一的轴承，伴随着风电产业的快速增长，必然引来旺盛的市场需求。

风电偏航轴承风电变浆轴承装配示意图风电主轴轴承风电增速器轴承目前在全球风电市场占据统治地位，有瑞典SKF、德国FAG、美国TIMKEN和日本NSK等。

我国对风电轴承制造方面起步较晚，在研究开发深度和工程应用经验积累方面远不够。目前国内风电轴承企业的产能主要集中在技术门槛相对较低的偏航轴承和变浆轴承上，3MW以下风电设备配套轴承均可批量生产，国产替代率已达到80%以上，年产能已达4万套以上。主轴轴承和增速器轴承的技术含量较高，还是依靠进口，只有部分企业初步介入，尚处于研制阶段。开发主轴轴承和增速器轴承，顶替进口。第九页，共四十五页。b.风电轴承的现状风电轴承的关键技术主要有：（1）设计与破损：经验类比设计为主，受力分析与载荷谱的研究几近空白。难点技术是针对主轴轴承的要求无故障运转达13×104h以上、具95%以上可靠度；（齿轮箱故障中约80%左右是由轴承失效所致）。（2）防腐蚀与密封：偏航和变桨轴承部分裸露在外；（3）偏航和变桨轴承的特殊游隙要求：不定风力冲击载荷等，偏航轴承要求小游隙；变桨轴承承受的冲击载荷更大，叶片传递的振动也大，要求为零游隙或者稍负游隙，以减小滚动工作面的微动磨损。（4）偏航和变桨轴承滚道的磨削加工；（5）主轴轴承和变速器轴承的高精度加工：其中最主要是所采用的调心滚子轴承；（6）变速器轴承用保持架的改进设计；（7）检测试验：检测试验包括摩擦力矩测量、模拟试验机和试验规程等。国内外风电轴承用钢（1）偏航和变浆轴承：40CrMo钢；关键提高低温冲击功等力学性能,环境温度-40～-30℃，工作温度在-20℃左右；热处理工艺：表面感应淬火的淬硬层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹（尤其是齿根部位）的控制。（2）增速器轴承和主轴轴承依靠进口：瑞典SKF、德国FAG、美国TIMKEN和日本NSK等。承受扭矩和转速波动大、负载易突变；安装平台柔性变形等，与传统的重载工业齿轮箱的应用环境相去甚远。部件失效造成风力发电机停机，增速器失效所占20%左右。齿轮磨损产生的微小金属颗粒在轴承工作表面形成压痕，形成高的应力集中，成为疲劳源，导致剥落，缩短轴承使用寿命。第十页，共四十五页。我国机械行业标准规定：增速器轴承的套圈和滚动体采用电渣重熔冶炼的高碳铬轴承钢GCr15SiMn和GCr15SiMo；按《军用高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理质量要求》的规定进行热处理。

GCr15SiMn和GCr15SiMo钢：（1）提高钢的纯洁度、降低夹杂物含量、改善夹杂物的性质和形态以减轻其对钢的危害

--由于Si、Mn等元素含量提高，更容易引起铸坯偏析，因此在冶炼中要采用有效

措施控制偏析。--非金属夹杂物成为制约轴承钢性能的关键因素；（2）应严格控制轴承钢的冶金质量，并优化设计合理的热处理工艺，获得合格力学性能和提高其疲劳寿命；（3）GCr15SiMn和GCr15SiMo相比，后者淬透性更好些；主轴轴承：在国产真空脱气钢质量尚存在一定差距的情况下，采用电渣重熔渗碳钢ZG20Cr2Ni4A制造等。日本NSK公司开发的中碳合金钢经碳氮共渗的STF和HTF钢，严格控制碳氮共渗工艺，使零件表面得到较多的稳定残余奥氏体（约30%～35%）和大量细小的碳化物、碳氮化物。后者可保证表面的硬度和耐磨性，使压痕不易形成；前者可以降低压痕的边缘效应，阻止疲劳源的形成和扩展，从而大大提高轴承在如增速器这样的污染润滑工况下的使用寿命。第十一页，共四十五页。c.盾构隧道掘进机轴承盾构机施工：稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素。国外盾构机的占有率曾经高达95%以上。国产化替代进口是未来的目标和主要任务。到2015年以前，需要投入盾构机300台，5年内潜在商机可能超过200亿元。盾构机在既定施工段不允许失效，盾构主轴承的寿命和可靠性直接影响盾构机械的施工安全，几乎等同于盾构机的寿命。美国TIMKEN占有份额较大，钢种渗碳钢G20CrNi2Mo为多。近年来，北方重工、上海隧道股份、第二重型机械集团公司、大连重工・起重集团和首钢集团、武汉重工集团有限公司等企业也进入了盾构机装配制造行列。主轴承承载能力、寿命和可靠性、一致性与国外同期同类产品相比，存在很大的差距，并且由于主轴承的高可靠性要求，导致盾构机国内用户不愿采用国内轴承，完全采用进口轴承。主轴承的国产化，盾构主轴承的自主研发制造能否跟得上，将成为促进或制约我国盾构技术发展的关键因素。开发轴承钢满足盾构机主轴承要求，目标代替进口。第十二页，共四十五页。序号公司名称工厂数年销售额出口比重国际市场占有率个亿元%%1瑞典SKF905096202日本NSK284443133日本KOYO17324374日本NTN27294595日本NMB222762/6美国TIMKEN242421107德国FAG622072108德国INA1615//9日本NACHI141430/10美国TORRINGTON2810//世界十大著名轴承公司基本情况近10年国外轴承知名公司近85%以上国际市场占有率。几家公司在我国投资建厂，从轴承设计技术水平的提高，生产工艺和生产管理的规范、生产装备水平的现代化、产品的质量和使用性能的提高等方面都起到了很大的推动性作用。能够达到为这些厂提供轴承钢材料供货标准的我国特钢企业只有几个，我国轴承钢产品大多数是处于中低档水平；而我国重型装备用轴承市场更是有这些知名企业的产品所占有，如高速铁路列车轴承、高速高精密机床轴承、航空航天轴承及新能源轴承等目前都要依靠进口。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格。根据轴承使用的环境不同，相对于其服役状态有不同的质量控制要点和要求。第十三页，共四十五页。2.轴承钢现状轴承质量除了轴承结构设计、制造精度外，轴承用钢是关键，其对轴承产品的加工质量、使用寿命和可靠性能具有至关重要的作用。我国特殊钢生产企业有近100家，市场供大于求；产品档次不高，能耗高，名牌产品缺，市场竞争力差。轴承钢：几个企业的轴承钢得到了SKF、FAG、NSK、NTN等著名轴承公司准入；有相当数量的特殊钢生产企业没有掌握关键技术，生产的多为低附加值轴承钢产品；技术含量较低的产品市场：供过于求，竟相压价，亏损累累，却是消耗了大量的能源和资源，又破坏了环境；技术含量较高的产品市场：国内高质量轴承钢的供应仅为需求的十分之一，又主要依赖进口。轴承钢质量严重影响我国下游行业的发展。特殊钢是重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，是钢铁材料中的高技术含量产品，其生产和应用代表了一个国家的工业化发展水平。世界约1500万吨的特钢贸易中，日本占到世界特钢出口量的1/3强，我国尚不到世界特钢出口市场的2%，都是中低档特钢产品。“十二五”期间，国家把高品质特殊钢作为战略性新兴产业，我国特钢行业将迎来新一轮发展，这是从根本上改变我国特钢落后面貌，整体提升我国特钢产业技术水平和战略产品研发水平的重要机遇期。第十四页，共四十五页。国内轴承钢生产企业近年通过大规模的技术改造、设备更新已获得了可喜的成绩。国内轴承钢产量增长非常迅速。2000年产量仅为71万吨2005年则迅速增长到192万吨，平均年增22%截止至2010年，国内32家特钢企业生产轴承钢293.98万吨，同比增长37%现在轴承钢产量排名世界第一轴承产量排名世界第四名副其实的轴承钢和轴承生产大国我国是轴承钢大国但不是轴承钢强国在时速160公里以上动车机组中，很难见到我国的轴承钢材在飞机等航空领域，轴承钢材也全被发达国家所占领

中国轴承钢材的寿命一般只有日本轴承钢材的二分之一，有的甚至只有1/4我国轴承钢发展现状第十五页，共四十五页。轴承——工业的心脏轴承工业——国民经济的装备部轴承渗透到国民经济各个部门，每个国家轴承的需求量与国民生产总值保持一定的关系轴承的产量和质量制约着国民经济、国防建设及科学技术现代化的速度和进程小尺寸轴承大尺寸轴承风电变浆轴承盾构机刀盘轴承二.轴承钢产品分类及标准第十六页，共四十五页。轴承：具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪音、高耐磨性等轴承钢：具备高硬度、均匀硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、必须的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐腐蚀性能。轴承性能要求轴承应具有的特性对轴承材料的要求耐高荷重抗变形强度高硬度高能进行高速回转磨擦和磨损小耐磨强度高回转性能好回转精度高，尺寸精度高纯净度、无效度高具有互换性尺寸稳定性好尺寸精度高能够长期使用具有耐久性疲劳强度高包括：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轴承钢分类第十七页，共四十五页。高碳铬轴承钢牌号化学成分（质量分数）/%CSiMnCrMoPSNiCuCu+NiO模注钢连铸钢GCr40.95～1.050.15～0.300.15～0.300.35～0.50≤0.08≤0.020≤0.020≤0.25≤0.2015×10-612×10-6GCr150.95～1.050.15～0.350.25～0.451.40～1.65≤0.08≤0.025≤0.025≤0.30≤0.25≤0.50GCr15SiMn0.95～1.050.45～0.750.95～1.251.40～1.65≤0.08≤0.025≤0.025≤0.30≤0.25≤0.50GCr18Mo0.95～1.050.20～0.400.25～0.401.65～1.950.15～0.25≤0.025≤0.025≤0.30≤0.25GCr15SiMo0.95～1.050.65～0.850.20～0.401.40～1.700.30～0.40≤0.027≤0.025≤0.30≤0.25高碳铬轴承钢牌号和化学成分GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo、

GCr15SiMo

全淬透性GCr4限制淬透性轴承钢心部具有良好韧性、表面高强度第十八页，共四十五页。GCr4轴承钢CSiMnCrMoNiCu0.95~1.050.15~0.300.15~0.300.35~0.50≤0.08≤0.25≤0.20GCr4轴承钢化学成分（wt，%）限制淬透性轴承钢用体积感尖加热，表面淬火回火后具有全淬透性GCr15轴承钢和低碳合金渗碳钢的性能淬火后表面硬度高，耐磨性好，抗疲劳性能好心部硬度只有35~40HRC，韧性好，抗冲击心部具有良好韧性、表面高强度主要用于制作各种尺寸、受载荷不大的滚动轴承套圈及滚子第十九页，共四十五页。GCr15轴承钢CSiMnCrMoNiCuNi+Cu0.95~1.050.15~0.350.25~0.451.4~1.65≤0.10≤0.30≤0.25≤0.5性能硬度：热轧退火态：179～207HBW热轧不退火态：不小于302HBW力学性能：热处理后为抗拉强度1617MPa冲击功Akv

28J硬度61～64HRC显微组织球化退火：应为细小、均匀、完全球化的珠光体组织。直径≤60mm的球化退火圆钢的显微组织合格级别为2～4级热处理后：回火马氏体脱碳层热轧盘条直径每边总脱碳层深度不大于5.0～9.50.1510～150.2016～300.4031～500.6051～750.8076～1001.10101～1501.20热轧圆钢表面每边总脱碳层深度GCr15轴承钢化学成分（wt，%）高碳铬轴承钢典型钢种自上世纪初问世，至今已有近100年的历史从它诞生至今，化学元素的含量几乎没有变化，但其疲劳寿命却有成倍甚至成几十倍的提高制作壁厚小于12mm、外径小于250mm的轴承套圈圆锥、圆柱及球面滚子直径大于22mm的轴承零件第二十页，共四十五页。GCr15SiMn轴承钢项目CSiMnCrPSOAls用户要求0.95~1.050.45~0.750.95~1.251.40~1.65≤0.025≤0.025≤0.0012内控范围0.95~0.980.50~0.540.98~1.021.43~1.47≤0.02≤0.01≤0.00120.01~0.03目标值0.960.521.001.45≤0.02≤0.007≤0.0010.015石钢GCr15SiMn轴承钢化学成分（wt，%）在GCr15钢基础上适当增加Si、Mn含量的改型钢种改善其淬透性和弹性极限耐磨性也比GCr15钢好切削加工性能较GCr15钢稍差，有回火脆性倾向主要用于制造：壁厚大于12mm、外径大于250mm的轴承套圈钢球直径大于50mm圆锥、圆柱及球面滚子直径大于22mm的轴承零件性能硬度：热轧退火态：179～217HBW热轧不退火态：不小于302HBW力学性能：热处理后为抗拉强度1831MPa冲击功Akv

23J硬度65HRC显微组织球化退火：应为细小、均匀、完全球化的珠光体组织。直径≤60mm球化退火圆钢的显微组织合格级别为2～4级热处理后：回火马氏体脱碳层热轧盘条直径每边总脱碳层深度不大于5.0～9.50.1510～150.2016～300.4031～500.6051～750.8076～1001.10101～1501.20热轧圆钢表面每边总脱碳层深度第二十一页，共四十五页。GCr15SiMo轴承钢CSiMnCrMoSP1.010.780.331.590.340.0080.012对大型轴承品种、规格和数量需求越来越多，轴承尺寸增加要求轴承内外套圈有效壁厚和滚动体直径也随之加大GCr15SiMn钢淬透性、淬硬性及轴承寿命满足不了实际需要GCr15钢基础上增加Si和Mo元素含量，高淬透性轴承钢开发基本思路：Si对Cr-Mo系SKF25Mo对Cr-Si-Mn系GCr15SiMn钢性能影响淬透性J60≥25mm性能硬度：热轧退火态：179～217HBW热轧不退火态：不小于302HBW力学性能：热处理后为抗拉强度1831MPa冲击功Akv

23J硬度65HRC淬透性：J60≥25mm显微组织球化退火：应为细小、均匀、完全球化的珠光体组织。直径≤60mm的球化退火圆钢的显微组织合格级别为2～4级热处理后：回火马氏体脱碳层洛阳轴研科技股份有限公司GCr15SiMo钢化学成分（wt，%）热轧盘条直径每边总脱碳层深度不大于5.0～9.50.1510～150.2016～300.4031～500.6051～750.8076～1001.10101～1501.20热轧圆钢表面每边总脱碳层深度第二十二页，共四十五页。GCr18Mo轴承钢洛阳轴研科技股份有限公司GCr18Mo钢化学成分（wt，%）CSiMnCrMoSP0.980.270.301.730.20.0080.008以德国钢号100CrMo7为基础相当于SKF24适宜于贝氏体等温淬火淬透性为880端淬J60值为18mm使用等温贝氏体淬火淬火加热温度多采用860～880℃仍采用200℃以下低温回火其原因主要是该钢在贝氏体组织下的接触疲劳寿命、冲击韧度和断裂韧性明显优于其马氏体组织的性能。GCr15基础上加入质量分数0.15~0.25%的Mo，并提高Cr含量淬透性、耐磨性均提高可制作壁厚达20mm的滚动轴承套圈，滚动轴承件的尺寸范围也扩大第二十三页，共四十五页。渗碳轴承钢渗碳及高温渗碳轴承钢牌号和化学成分G20CrNi2Mo渗碳轴承钢使用较广泛G13Cr4Mo4Ni4V高温渗碳轴承钢经渗碳、淬火、回火，在高温下使用用于制作航空发动机的高温轴承或其他行业使用的耐高温、耐冲击轴承第二十四页，共四十五页。牌号元素CSiMnPSCrG20CrNi2Mo下限0.170.150.40--0.40上限0.230.400.700.0200.0200.60元素CuNiMoAlTiCa下限-1.600.200.010--上限0.202.000.300.0500.0050.001G20CrNi2Mo轴承钢化学成分要求（wt，%）G20CrNi2Mo渗碳轴承钢优质低碳合金钢切削、冷加工性能良好，耐冲击，渗碳后耐磨，接触疲劳寿命高美国渗碳轴承钢产量达到轴承钢总产量的30%日本为10%~15%而我国还不到5%渗碳轴承钢在我国存在着巨大的潜在市场及发展前景所制造轴承表面具有高的硬度、耐磨、高的疲劳强度、良好的尺寸稳定性轴承内部具有高的韧性广泛用于制造承受冲击较大的轴承，如轧机、重型车辆、铁路机车等每年需求量约为130万套铁路轴承，用钢15万t左右性能硬度：热轧退火态：不大于229HBS力学性能：热处理后为抗拉强度≥980MPa冲击功Akv

≥63J伸长率

δ5：≥13%断面收缩率ψ：≥45％显微组织渗碳热处理后：渗碳层为高碳马氏体心部为低碳马氏体G20CrNi2Mo轴承钢第二十五页，共四十五页。高温轴承钢高温轴承钢牌号和化学成分工作温度在150℃以上使用的轴承称为高温轴承高温轴承钢除应具有一般轴承钢的性能外还应具有一定的高温硬度和高温耐磨性、高温接触疲劳强度、抗氧化性能、高温耐冲击性能和高温尺寸稳定性钼系钢：Cr4Mo4V、Cr14Mo4钨系钢：

W18Cr4V、

W9Cr4V2Mo、GCrSiWV高温轴承钢其中以Cr4Mo4V和W18Cr4V最为常用第二十六页，共四十五页。不锈轴承钢不锈轴承钢牌号和化学成分9Cr18是高碳高铬马氏体不锈钢，淬火后有高硬度和高耐蚀性9Cr18Mo是9Cr18钢中添加Mo元素，淬火后硬度和稳定性更好这两种不锈钢可用于制作在腐蚀环境及无润滑的强氧化气氛中工作的轴承，如船舶、化工、石油机械中的轴承等，也可作为耐蚀高温轴承材料，但使用温度不能超过250℃。第二十七页，共四十五页。特殊轴承钢70Mn15Cr2Al3WMoV2无磁轴承钢70Mn15Cr2Al3WMoV2无磁轴承钢的化学成分沉淀硬化型奥氏体钢低磁导率，高强度，高硬度，高耐磨性等退火后加工性较好，是无磁轴承和无磁模具的优良材料也可用于制作要求强度高、耐磨和无磁的电子零件第二十八页，共四十五页。国内外轴承钢牌号对应表GB标准欧洲EN标准日本JIS标准用户协议及双方协议GCr15100Cr6SUJ2、SUJ3SKF3、SKF3S日本JIS轴承钢牌号及化学成分牌号CSiMnCrMoPS备注SUJ10.95~1.10.15~0.350.50.9~1.2-≤0.025≤0.025SUJ20.95~1.10.15~0.350.51.3~1.6-≤0.025≤0.025GCr15SUJ30.95~1.10.40~0.700.90~1.150.9~1.2-≤0.025≤0.025GCr15SiMnSUJ40.95~1.10.15~0.350.51.3~1.60.1~0.25≤0.025≤0.025SUJ50.95~1.10.40~0.70.90~1.150.9~1.20.1~0.25≤0.025≤0.025GCr15SiMo第二十九页，共四十五页。日本JIS轴承钢a.性能钢棒以热轧或退火状态交货，退火硬度指标：牌号HB，≤HRB，≤SUJ1、SUJ2、SUJ320194SUJ5、SUJ620795SUJ2热处理后力学性能：抗拉强度为1617MPa；冲击功Akv为28J；硬度：61～64HRC。b.显微组织经球化退火后显微组织：碳化物应充分球化、分布大致均匀；不存在有害的网状偏析或大块碳化物等缺陷。热处理后金相组织：回火马氏体。c.脱碳层热轧盘条直径每边总脱碳层深度不大于≤250.4025～350.5035～500.6050～800.8080～1001.00100～1251.20125～1601.40热轧圆钢表面每边总脱碳层深度（mm）第三十页，共四十五页。瑞典（SKFD33）重要标准主要技术要求

SKF轴承钢典型化学成分牌号CSiMnCrMoNiCu备注SKF30.95~1.10.15~0.350.25~0.451.36~1.65≤0.1≤0.25≤0.3GCr15a.性能热轧球化退火材硬度要求：HBS180~220。SKF3轴承钢热处理后力学性能为：抗拉强度为1617MPa；冲击功Akv为28J；硬度：61～64HRC。b.显微组织热轧球化退火后组织为完全球化的珠光体，铁素体基体上均匀分布的球状渗碳体组织。c.脱碳层按SKFD30测定脱碳深度≤0.008×直径。第三十一页，共四十五页。法国（NF）轴承钢重要标准主要技术要求100Cr6轴承钢典型化学成分牌号CSiMnCrMoNiCu100Cr60.95~1.100.15~0.350.25~0.451.35~1.60≤0.10≤0.30≤0.25a.性能淬透性能：试样加热825~875℃，15min后油淬，HRC≥62。

热处理硬度：试样加热860~870℃，30min后油淬，100Cr6轴承钢HRC≥62。c.脱碳层脱碳、表面缺陷深度尺寸脱碳和表面缺陷深度，≤成品D≤6.50.086.5＜D≤120.1012＜D≤150.1215＜D≤400.1840＜D0.08+4%d，最大为0.40轧制状态的棒和钢坯40＜D≤1000.50100＜D≤2000.5%d200＜D1%db.显微组织热轧球化退火后组织为球状珠光体，无片状和网状。第三十二页，共四十五页。三、轴承钢质量控制关键技术滚动轴承零件以点接触或线接触的形式,在高的交应接触应力下长期工作。其工作部位多处于主机的心脏或关节等要害处。主机的精度、寿命和可靠性很大程度上决定于轴承。轴承钢：制造滚珠、滚柱和轴承套圈，是特钢产品中要求最为严格的产品。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格。根据轴承使用的环境不同，相对于其服役状态有不同的质量控制要点和要求。近几十年来，工业发达国家在轴承用钢的开发及生产应用方面可大致分为两个方面：一方面：采用新的冶炼技术和装备，或对传统的冶炼工艺和装备进行改进，降低钢中氧含量及夹杂物的数量，改善夹杂物的分布、尺寸和形态，改善结晶状态等，以提高原有钢种的冶金质量，生产长寿命、纯净或超高洁净钢；另一方面：对原有的钢种的化学成分进行改进或开发全新轴承用钢，以满足不同使用场合对轴承越来越高的性能要求，或在具有同样性能的前提下降低材料费用和整个轴承的生产成本。第三十三页，共四十五页。三、轴承钢质量控制关键技术大型机械设备的滚动轴承，对于轴承钢性能要求的共同点是：（1）高的接触疲劳强度：承受周期性交变载荷，每分钟可达数十万次，周期性交变应力的反复作用下，接触表面出现疲劳剥落。（2）高的耐磨性：耐磨性差，滚动轴承便会因磨损过早地丧失精度或因旋转精度下降而使轴承振动增加、寿命降低。（3）高的弹性极限：为防止在高接触应力下发生过大的塑性变形，使轴承精度丧失或发生表面裂纹，（4）适宜的硬度：硬度是重要指标之一。滚动轴承用钢的硬度要适宜，硬度在62HRC左右可得到高的接触疲劳寿命。（5）一定的冲击韧性：第三十四页，共四十五页。耐蚀性问题：腐蚀——磨蚀交互作用下高品质轴承钢的服役行为；高品质轴承钢的大气腐蚀行为；环境带来的腐蚀问题：

高铁、海洋风电，还是石化用轴承材料，都面临着共同问题。例如在接触水或水蒸气的水力机械中，在接触酸和碱的化工机械中，在接触海水的舰艇船舶中等，对轴承钢的要求也越来越高，一般轴承钢往往已经不能满足实际的需要；研发耐腐蚀新型轴承钢:为解决以下问题普通的GCr15和低合金轴承钢系列----不耐大气腐蚀;热加工过程中，表面会形成大量的氧化皮而造成轴承钢表面的极度高低不平和金属损失严重;

堆放和运输中也会大量的产生锈蚀;

与空气、水和腐蚀性介质接触的环境条件下，普通的轴承钢耐蚀性能差，非常容易生锈;轴承钢在使用过程中，轴承接触到侵入的介质，像水﹑盐雾﹑酸性化学制品及清洁剂，也受到疲劳和磨损等作用。在环境、介质、磨损的共同作用下，常会产生腐蚀磨损和腐蚀疲劳，严重影响轴承的使用寿命。第三十五页，共四十五页。研发普通的耐腐蚀新型轴承钢重要性：目前国内外在一些使用要求比较高的场合，使用高碳铬不锈轴承钢如9Cr18、Cr18Mo等；由于不锈轴承钢中含有较高的碳、铬，在冶炼凝固过程中不可避免地形成粗大的共晶碳化物，这些粗大的分布不均匀的共晶碳化物在热处理时无法消除，并且易造成热处理后硬度达不到技术要求，或硬度分布不均，在生产过程中易产生废品；由于使用成本的大量上升，在一般的场合下，用户不会大量的使用不锈轴承钢。第三十六页，共四十五页。我们应关注：高品质轴承钢的摩擦磨损特性；高品质轴承钢的大气腐蚀行为；腐蚀——磨蚀交互作用下高品质轴承钢的服役行为；影响高品质轴承钢寿命的关键因素研究；提高轴承钢可靠性与使用寿命的关键技术研究。第三十七页，共四十五页。含C1.0%、Cr1.5%的高碳铬轴承钢自本世纪初问世，至今已有近100年的历史。在本世纪里，科学技术迅猛发展，对轴承提出了非常苛刻的要求。在提高转动速度、提高工作温度的同时，还要求更高的可靠性和寿命；轴承尺寸的不断增大，要求更高的淬透性；办公自动化机器的出现，要求对小型轴承噪声的抑制等。高碳铬轴承钢产量约为轴承钢总产量的80%以上，在数量上仍占据着绝对优势。重型装备轴承钢钢种主要2大类：高碳铬轴承钢和中碳渗碳钢。轴承钢领域的核心技术主要掌握在国外公司手中，国务院提出的16个重大技术装备关键领域，15个都与轴承相关。高碳铬轴承钢仍为重要的主流产品第三十八页，共四十五页。瑞典、德国、美国和日本等都是当今世界上的轴承工业强国，应用最广泛的是高碳铬轴承钢，各国轴承钢按各自标准的牌号，如我国的GCr15，瑞典的SKF24、SKF25、SKF26、SKF27，美国的52100.3、52100.4，德国的100CrMo、100CrMo7、100CrMo8，日本的SUJ3、SUJ4、SUJ5等。我们解剖的德国FAG高铁轴承看滚动体和套圈均为GCr15钢，其淬火组织很均匀、尤其是碳化物颗粒细小、分布弥散。G20CrNi2Mo渗碳轴承钢：优质低碳合金钢，具有切削、冷加工性能良好、耐冲击、渗碳后耐磨、接触疲劳寿命高等优点。此钢制造的轴承，除表面具有高的硬度、耐磨、高的疲劳强度、良好的尺寸稳定性外，轴