YBT 6360-2025 盾构机主轴承用轴承钢标准立项发展报告

盾构机主轴承用轴承钢标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:BearingSteelforMainBearingsofTunnelBoringMachines摘要关键词：盾构机；主轴承；轴承钢；行业标准；冶金质量；国产化1引言随着我国城市化进程持续加速，地下空间开发规模不断扩大，地铁、铁路、公路、水利及综合管廊等隧道工程对盾构机的需求保持高位增长。盾构机是集机械、电气、液压、控制等技术于一体的复杂装备系统，而主轴承作为盾构机刀盘驱动系统的核心部件，承载着整机巨大的推力和扭矩，工作环境恶劣，检修更换极为困难，其可靠性与寿命直接决定了盾构工程的进度与安全。长期以来，盾构机主轴承用高等级轴承钢主要依赖进口，材料体系的标准化工作相对滞后，制约了国产盾构主轴承的自主化进程。在此背景下，制定适应我国资源禀赋和制造水平的盾构机主轴承用轴承钢专项标准，成为行业发展的迫切需求。YB/T6360-2025《盾构机主轴承用轴承钢》行业标准的发布，标志着我国在主轴承关键基础材料标准化方面迈出了重要一步。2标准立项背景与必要性2.1产业发展与战略需求近年来，我国盾构机制造能力快速提升，国产盾构机已占据国内市场的绝对主导份额，并批量出口至“一带一路”沿线国家。根据中国工程机械工业协会掘进机械分会统计数据，2024年我国盾构机年产量已超过700台，累计出厂台数突破5,000台，中国已成为全球最大的盾构机生产国和应用市场。然而，作为盾构机最核心的关键零部件之一，主轴承长期被德国、瑞典、日本等少数国外企业垄断。主轴承国产化率不足已成为制约盾构装备全链条自主可控的突出短板。高端轴承钢对于盾构主轴承的服役性能具有决定性影响。盾构机主轴承承受着数万千牛级的推力载荷和数千千牛米的倾覆力矩，同时伴随强烈冲击振动、泥水磨粒侵入等极端工况，其用钢要求在洁净度、均匀性、淬透性、抗疲劳性能等方面显著严于普通轴承钢。建立专用标准，对于全面规范原材料生产、支撑轴承自主研制、保障工程质量具有重要战略意义。2.2现行标准体系的不足我国轴承钢标准体系以GB/T18254《高碳铬轴承钢》为核心，辅以GB/T3203《渗碳轴承钢》、GB/T28417《碳素轴承钢》等通用标准，涵盖了GCr15、GCr15SiMn、G20CrNi2MoA等主要钢种。然而，盾构机主轴承因其超大尺寸（外径常达2～6米）、极端承载和长寿命要求，对材料的抗疲劳性能、宏观均匀性和大型截面淬透性提出了远超通用标准限定的技术要求。同时，盾构主轴承常采用渗碳钢或特殊淬透性设计的改进型高碳铬轴承钢，而现有通用标准未针对该类应用场景设置专项技术指标和检验规则。此外，盾构主轴承的原材料采购长期执行企业协议或参照国外标准（如ASTMA295、DIN17230、JISG4805等），不同供应商的技术要求千差万别，质量一致性难以保障，给轴承设计选材、加工制造和质量验收带来诸多困扰。行业急需一部能充分反映盾构主轴承工况特点、统一各方技术要求的专用轴承钢标准。2.3标准立项的意义YB/T6360-2025的制定与实施具有多重意义：一是填补了我国盾构机主轴承用轴承钢专用标准的空白，为材料生产、采购与验收提供了规范依据；二是通过明确技术指标和检验规则，引导轴承钢生产企业提升冶金质量，推动高端轴承钢供给能力升级；三是为主轴承设计制造单位提供选材依据，有利于提升国产主轴承的质量一致性和服役可靠性，支撑国家重大装备自主可控战略。3标准编制原则与过程3.1编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：一是立足国情，结合我国轴承钢生产企业的工艺装备水平和盾构主轴承制造的实际需求，确保技术指标科学合理、经济可行；二是对标国际，充分参考ISO683-17、ASTMA295、DIN17230等国际先进标准的技术要求，提升标准的国际化水平；三是突出专用性，强化对盾构机主轴承特殊工况的针对性，合理提高相关指标要求并增加专用检验项目；四是坚持协调一致，与GB/T18254等基础标准保持体系衔接，避免重复与冲突。3.2编制过程本标准由工业和信息化部提出并归口，由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）组织起草。编制组由钢铁研究总院有限公司、大冶特殊钢有限公司、兴澄特钢、洛阳LYC轴承有限公司、中铁工程装备集团有限公司等单位的专家组成，涵盖了冶金、轴承制造和盾构装备等全产业链优势力量。编制过程历经草案研讨、实验室验证、征求意见、专家审查等阶段，期间多次召开专题研讨会，对钢种设计、指标限值、试验方法等关键内容进行了充分论证，并对代表性企业产品开展了验证试验。4标准主要技术内容4.1范围与分类本标准规定了盾构机主轴承用轴承钢的分类与代号、订货内容、尺寸外形及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装标志及质量证明书等要求。标准适用于盾构机主轴承套圈和滚动体用热轧或锻制圆钢、盘条及无缝钢管等钢材的制造与验收。标准根据主轴承的工况特点和加工工艺，将盾构机主轴承用轴承钢分为高碳铬轴承钢和渗碳轴承钢两大类。高碳铬轴承钢以GCr15、GCr15SiMn为基础改进型，适用于整体淬硬工艺的主轴承套圈和滚动体；渗碳轴承钢以G20Cr2Ni4A、G20CrNi2MoA等为基础，适用于大截面、重载冲击工况下需要表面硬化而心部保持高韧性的主轴承套圈。每类钢根据冶金质量等级进一步分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢三个级别，以对应主轴承不同部位和不同可靠度要求。4.2关键技术要求化学成分设计。标准对各钢号的化学成分范围进行了严格规定，并对磷、硫、氧、钛、钙等有害元素和残余元素提出了比通用轴承钢标准更为严格的限值要求。规定w(P)≤0.015%、w(S)≤0.010%（高级优质钢要求w(P)≤0.012%、w(S)≤0.008%），w(Ti)≤0.0030%，w(Ca)≤0.0010%。成品钢材的氧含量按不同质量等级分别要求w(O)≤8×10⁻⁶或w(O)≤6×10⁻⁶，以确保轴承钢达到高纯净度水平。宏观冶金质量。标准针对盾构机主轴承用大型钢材的特点，对中心疏松、一般疏松、锭型偏析等低倍组织缺陷提出了严格要求，规定合格级别分别不超过1.0级（或按更严格级别双方协商）。塔形发纹检验按GB/T15711执行，要求发纹总长度不超过规定限值，以控制钢材内部宏观缺陷。显微组织与碳化物均匀性。标准规定退火钢材的显微组织应为均匀细粒状珠光体组织，碳化物网状级别按GB/T18254评级图评定，要求不大于2.0级；带状碳化物级别要求不大于2.0级。对大型盾构机主轴承用钢材，碳化物液析级别要求不大于1.0级。这些要求旨在保证材料具有良好的切削加工性能和最终热处理后的接触疲劳抗力。非金属夹杂物。标准采用GB/T10561中方法A（最恶劣视场法）对非金属夹杂物进行评定，对A类（硫化物）、B类（氧化铝类）、C类（硅酸盐类）、D类（球状氧化物类）和DS类夹杂物分别规定了严格的合格级别限值，并要求按不同质量等级执行相应更为严格的指标。以特级优质钢为例，要求A类细系≤1.5级、粗系≤0.5级，B类、C类、D类细系≤1.0级、粗系≤0.5级。超声检测。盾构机主轴承用大型轴承钢必须经过超声波探伤检验，标准规定采用GB/T4162标准，按A级或更严格级别进行超声波检测，验收级别由供需双方参照主轴承设计等级协商确定，以保证钢材内部不存在危害性冶金缺陷。淬透性与端淬试验。为保证大型主轴承套圈在热处理后获得均匀的硬化层分布，标准对渗碳轴承钢规定了端淬试验要求，明确指定测试位置距端部距离的硬度范围，并规定同批钢材端淬硬度的分散度要求。对高碳铬轴承钢则通过淬回火硬度试验和显微组织检验间接评价其淬透性能。4.3试验方法与检验规则标准规定每批钢材的检验项目包括化学成分、氧含量、低倍组织、显微组织、碳化物不均匀性、非金属夹杂物、超声波探伤、硬度、尺寸外形及表面质量等。对于同一牌号、同一炉号、同一规格、同一热处理制度的钢材组成一个检验批。标准对取样部位、取样数量、试验方法和判定规则均做出了明确而具体的规定，增强了标准的可操作性和可检验性。5标准实施与预期效果5.1实施条件与应用前景本标准的发布实施符合国家标准化改革方向，得到了产业链各环节的积极响应。随着国内主要特钢企业在大钢锭冶炼、大断面连铸、控制轧制与控制冷却等方面的技术进步，以及精炼设备、检测仪器的升级改造，具备生产满足本标准要求的高端轴承钢的能力正逐步形成。标准实施后，可为盾构机主轴承的设计选材、采购招标、来料验收和质量争议仲裁提供明确依据，为主轴承的国产化研制提供有力支撑。5.2经济与社会效益从经济效益看，本标准的实施将推动高端轴承钢的规模化、稳定化生产，降低主轴承用材成本，缩短采购周期，从而有效降低盾构机制造成本。从社会效益看，该标准有助于增强国产盾构装备的核心竞争力，提升重大基础设施的安全保障水平，同时带动特钢冶炼、检测装备等相关领域的技术进步，促进产业升级。5.3国际对比与协调本标准在主要技术指标上与国际先进标准接轨，部分指标（如氧含量、钛含量限值）已达到或优于ISO683-17和ASTMA295的相应要求，有利于国产盾构机主轴承用轴承钢参与国际市场竞争，同时也为后续国际标准的制修订提供了中国实践和经验参考。6主要起草单位介绍本标准的主要起草单位之一——大冶特殊钢有限公司（以下简称“大冶特钢”）是行业内具有深厚积累的代表性企业，在高端轴承钢研发与生产领域具有突出的引领地位。6.1企业概况大冶特钢始建于1913年，地处湖北省黄石市，是中国近代钢铁工业的重要发祥地之一，现为中信泰富特钢集团核心企业。经过百余年的发展，大冶特钢已形成年产特殊钢500万吨、钢材460万吨的生产能力，产品涵盖轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、工模具钢、高温合金等众多高端特殊钢品种，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车制造、工程机械、能源装备等领域。大冶特钢是国内轴承钢产量最大的生产企业之一，长期保持高碳铬轴承钢产销量全国领先地位，被中国钢铁工业协会授予“中国轴承钢生产基地”称号。其轴承钢产品在国内外市场享有良好声誉，出口量居行业前列。6.2技术研发实力大冶特钢建有国家级技术中心、国家认可实验室和博士后科研工作站，拥有一支经验丰富的研发团队，涵盖冶炼工艺、材料加工、质量检测等专业方向。公司配备了先进的特种冶炼装备，具备从铁水预处理、转炉/电炉冶炼、LF精炼、RH/VD真空脱气、连铸/模铸到大方坯连轧的完整高端轴承钢生产工艺链，并配备扫描电镜、图像法夹杂物分析仪、超声波自动探伤等全套先进检测设备，能够有效保障高纯净度轴承钢的批量稳定生产。6.3在标准研制中的贡献在本标准编制过程中，大冶特钢充分发挥其在高纯净度轴承钢冶炼和大型化生产方面的技术优势，承担了关键钢种验证试验和工业试制任务，为标准中氧含量、钛含量、夹杂物等级等核心指标的确定提供了大量第一手数据支撑。同时，大冶特钢长期参与国家和行业轴承钢标准的制修订工作，是GB/T18254《高碳铬轴承钢》、GB/T3203《渗碳轴承钢》等多项基础标准的主要起草单位之一，具有丰富的标准化工作经验，为本标准技术内容与现有标准体系的科学衔接提供了重要保障。7结论与展望YB/T6360-2025《盾构机主轴承用轴承钢》行业标准的发布实施，填补了我国盾构主轴承专用轴承钢标准的空白，是高端装备基础材料标准化工作的一项重要成果。该标准立足我国资源与产业实际，对标国际先进水平，系统规定了盾构机主轴承用轴承钢的分类、技术要求、试验方法和检验规则，突出了高纯净度、高均匀性、高可靠性的技术导向，为盾构主轴承的设计选材、材料采购和质量控制提供了科学的技术依据。展望未来，随着标准实施的深入推进，预期将在以下方面产生持续的积极效应：一是推动轴承钢生产企业持续优化工艺，进一步提升高端轴承钢的品质稳定性和批次一致性；二是促进盾构机主轴承国产化进程提速，助力关键零部件自主可控目标的实现；三是为后续制定更高等级的企业标准和团体标准奠定基础，逐步形成多层级衔接配套的标准体系；四是为我国参与轴承钢领域国际标准的制修订积累技术储备和实践经验。参考文献[1]GB/T18254-2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