什么是軸承鋼(gang)？軸承鋼(gang)是什么材質的鋼(gang)材

軸(zhou)(zhou)(zhou)承鋼是用(yong)來(lai)制(zhi)造(zao)滾(gun)珠、滾(gun)柱和軸(zhou)(zhou)(zhou)承套圈的(de)鋼。軸(zhou)(zhou)(zhou)承在工(gong)作(zuo)時承受(shou)著極大的(de)壓力(li)和摩(mo)擦力(li)，所以要求軸(zhou)(zhou)(zhou)承鋼有高而均勻的(de)硬度和耐磨性，以及(ji)高的(de)彈性極限。對軸承鋼的化學成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分嚴格，是所有鋼鐵生產中要求最嚴格的鋼種之一。

1976年國(guo)際標準化組織ISO將(jiang)一些通用的軸承(cheng)鋼號納入國(guo)際標準，將(jiang)軸承(cheng)鋼分為：
全淬透型(xing)軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)、表面硬化型(xing)軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)、不銹(xiu)軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)、高溫軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)等(deng)四(si)類共17個鋼號(hao)。

有(you)的(de)國家(jia)增加一個類(lei)(lei)別(bie)為(wei)特(te)殊用途的(de)軸承鋼或合金。我國已納入標準的(de)軸承鋼分類(lei)(lei)方法(fa)與ISO相似，分別(bie)對應為(wei)高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹耐蝕軸承鋼、高溫軸承鋼四大類。

近五十年來我國還在軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)鋼(gang)種及其軸(zhou)承(cheng)(cheng)用(yong)材料方面，如無(wu)鉻軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)、中碳軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)、特(te)殊用(yong)途軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)及合金、金屬陶瓷等取得(de)了很大的進展。

高(gao)(gao)碳(tan)(tan)鉻(ge)軸承鋼GCr15是世(shi)界上生(sheng)產量最(zui)大的軸承鋼，含碳(tan)(tan)Wc為1%左(zuo)右，含鉻(ge)量Wcr為1.5%左(zuo)右，從1901年誕生(sheng)至今100多年來，主要成(cheng)分(fen)基本沒有(you)改變，隨著科(ke)學技術(shu)的進(jin)步，研究工作任(ren)在繼續，產品(pin)質量不斷提高(gao)(gao)，占世(shi)界軸承鋼生(sheng)產總量的80%以(yi)上。以至于(yu)現在我們所說(shuo)的軸承鋼如果(guo)沒有特(te)殊的說(shuo)明(ming)，那就是(shi)指GCr15。

軸承鋼主要用于制造滾動軸承的滾動體和套圈。由于軸承應具備長壽命、高精度、低發熱量、高速性、高剛性、低噪音、高耐磨性等特性，因此要求軸承鋼應具備：高硬度、均勻硬度、高彈性極限、高接觸疲勞強度、必須的韌性、一定的淬透性、在大氣的潤滑劑中的耐腐蝕性能。

為了達(da)到上述(shu)性(xing)能要求，對軸承鋼的化學成分均(jun)勻性(xing)、非金屬(shu)夾(jia)雜物含量(liang)和(he)類型、碳(tan)(tan)化物粒度和(he)分布(bu)、脫碳(tan)(tan)等要求嚴(yan)格。軸承鋼總體(ti)上向(xiang)高質量(liang)、高性(xing)能和(he)多品種方(fang)向(xiang)發展(zhan)。軸承用鋼按特性及應用環境劃分為：高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、不銹軸承鋼及專用的特種軸承材料。

為(wei)適(shi)應(ying)高(gao)溫、高(gao)速、高(gao)負荷(he)、耐蝕、抗輻(fu)射的(de)要求，需要研制(zhi)一(yi)系(xi)列具有特殊(shu)性能的(de)新型軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)。為(wei)了降低軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的(de)氧含量，發(fa)展了真空冶煉、電渣重(zhong)熔、電子束重(zhong)熔等軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的(de)冶煉技術。而(er)大批量軸(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的(de)冶煉由電弧爐(lu)熔煉，發(fa)展成各(ge)種類型初煉爐(lu)加(jia)爐(lu)外精煉。

目前(qian)，采(cai)用(yong)容量(liang)大于60噸初煉爐(lu)＋LF／VD或(huo)RH＋連(lian)鑄＋連(lian)軋工藝生(sheng)產軸承鋼，以達到高(gao)質量(liang)、高(gao)效率、低能耗之目的。在(zai)熱(re)處(chu)理工藝方(fang)面，由車底(di)式爐(lu)、罩式爐(lu)發展成連(lian)續(xu)可控(kong)氣氛(fen)退(tui)火爐(lu)熱(re)處(chu)理。目前，連續熱處理爐型最長為150m，加工生產軸承鋼的球化組織穩定和均勻，脫碳層小，消耗能量低。

20世紀70年(nian)代以來，隨著經濟(ji)發(fa)展和(he)工業技術(shu)進步，軸承的(de)應用范(fan)圍擴大；而國際貿易的(de)發(fa)展，又推動了軸承鋼標準國際化(hua)和(he)新(xin)技術(shu)、新(xin)工藝(yi)及新(xin)裝備(bei)的(de)開發(fa)和(he)應用，效率高(gao)(gao)、質量高(gao)(gao)、成本低的(de)配套技術(shu)和(he)工藝(yi)裝備(bei)應運而生(sheng)。

日本和德國(guo)等(deng)均建成了高(gao)(gao)潔凈(jing)度(du)、高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)(liang)的(de)軸承鋼(gang)(gang)生(sheng)產(chan)線，使鋼(gang)(gang)的(de)產(chan)量(liang)(liang)迅速增加，鋼(gang)(gang)的(de)質(zhi)量(liang)(liang)和疲勞壽命大幅度(du)提(ti)高(gao)(gao)。日本和瑞典生(sheng)產(chan)的(de)軸承鋼(gang)(gang)的(de)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)降到(dao)10ppm以下(xia)。80年代末期(qi)，日本山陽(yang)特鋼(gang)(gang)公司的(de)先進水平(ping)為(wei)5.4ppm，達到(dao)了真空重熔軸承鋼(gang)(gang)的(de)水平(ping)。

軸承(cheng)的(de)接觸疲勞壽命對鋼組織的(de)均(jun)勻性非常敏感(gan)。提高(gao)潔凈度(減少(shao)鋼中的雜質(zhi)元素(su)和(he)(he)夾雜物(wu)含(han)量)，促(cu)使鋼中的非金屬夾雜物(wu)和(he)(he)碳化(hua)物(wu)細小均勻(yun)分布(bu)，可以(yi)提高(gao)軸(zhou)承(cheng)鋼的接觸疲勞壽命。

軸承鋼使用狀態下的組織應是回火馬氏體基體上均勻分布著細小的碳化物顆粒，這樣的組織可以賦予軸承鋼所需要的性能。高碳軸承鋼中的主要合金元素有碳、鉻、 硅、錳、釩等。

如何獲得球化組織(zhi)是軸承(cheng)鋼生產中的重要問題，控(kong)軋控(kong)冷是先進(jin)軸承(cheng)鋼的重要生產工藝(yi)。通過控軋或(huo)軋后快冷消除了網狀碳(tan)化(hua)物(wu)，獲得合適的預備組(zu)織(zhi)，可以縮短軸承鋼球化(hua)退(tui)火時間，細化(hua)碳(tan)化(hua)物(wu)，提高疲勞(lao)壽命。

近年來，俄羅斯和日本采用(yong)低溫控軋(ya)(800℃～850℃以下)，軋(ya)后采用(yong)空冷加短時(shi)間退火(huo)，或完全取(qu)消球(qiu)化(hua)退火(huo)工藝，就可(ke)得到合格(ge)的軸(zhou)承(cheng)鋼組織。

軸(zhou)承鋼的650℃溫(wen)加工也是新型技術。共析鋼或(huo)高碳鋼熱加工前若具有細(xi)晶粒組織(zhi)或(huo)在加工過程能形成細(xi)晶粒，則在(0.4～0. 6)熔化溫(wen)度范圍內，在一定(ding)應(ying)變速率(lv)下(xia)，呈現出超(chao)塑性(xing)。

美(mei)國海(hai)軍研究(jiu)院(NSP)對(dui)5 2100鋼進行了650℃溫加工試驗表(biao)明，在(zai)650℃下真應變，2.5不發生斷(duan)裂。因此，有可能以650℃溫加工來代替高溫加工并與球化退火工藝結合起來，這對簡化設備和工序、節約能源、提高質量有重要意義。

在熱處(chu)(chu)理(li)方面(mian)(mian)，在提高(gao)球化(hua)退(tui)火(huo)(huo)質量，獲(huo)得細(xi)小、均(jun)勻、球形的(de)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)以及(ji)縮短退(tui)火(huo)(huo)時間(jian)或取消球化(hua)退(tui)火(huo)(huo)工序的(de)研究方面(mian)(mian)有了(le)進展，即(ji)盤條生(sheng)產采(cai)用兩次組織(zhi)(zhi)退(tui)火(huo)(huo)，將拉拔后(hou)的(de)720℃～730℃再結晶(jing)退(tui)火(huo)(huo)改(gai)為760 ℃的(de)組織(zhi)(zhi)退(tui)火(huo)(huo)。這樣可以得到(dao)硬度低、球化(hua)好、無網(wang)狀碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)的(de)組織(zhi)(zhi)，關鍵要保證(zheng)中間(jian)拉拔減面(mian)(mian)率≥14%。該(gai)工藝(yi)使熱處(chu)(chu)理(li)爐的(de)效率提高(gao)25%～30%。連續式球化退火熱處理技術是軸承鋼熱處理的發展方向。

各國都在研究和開發新型軸承鋼，擴大應用和代替傳統的軸承鋼。如快速滲碳軸承鋼，通過改變化學成分來提高滲碳速度，其中碳含量由傳統的0.08%～0.20%提高到0.45%左右，滲碳時間由7小時縮短到30 分鐘。

開(kai)發了(le)(le)高頻淬(cui)火軸承鋼(gang)，用普通(tong)中碳鋼(gang)或中碳錳(meng)、鉻鋼(gang)，通(tong)過高頻加熱淬(cui)火來(lai)代替(ti)普通(tong)軸承鋼(gang)，既簡化了(le)(le)生產工序(xu)又降低了(le)(le)成(cheng)本，并(bing)提高了(le)(le)使(shi)用壽命。

日本研(yan)制的GCr465、SCM465疲勞壽命比SUJ2高(gao)2～4倍。由于在高(gao)溫(wen)、腐(fu)蝕、潤滑條件惡劣的環境下使(shi)用(yong)軸(zhou)承(cheng)愈來愈多，過去使(shi)用(yong)的M50(CrMo4V)、440C(9Cr18Mo)等軸(zhou)承(cheng)鋼已不(bu)能(neng)滿足使(shi)用(yong)要求，急需研制加工性能好、成本低、疲勞壽命長、能適合不同目的和用途的軸承用鋼，如高溫滲碳鋼 M50NiL、易加工不銹軸承鋼50X18M以及陶瓷軸承材料等。

針對GCr15SiMn鋼淬透性低的弱點，我國開發了高淬透性和淬硬性軸承鋼GCr15SiMo，其淬硬性HRC≥60，淬透性J60≥25mm。GCr15SiMo的接觸疲勞壽命L10和L50分別比GCr15Si Mn提高73%和68%，在相同使用條件下，用G015SiMo鋼制造的軸承的使用壽命是GCr15SiMo鋼的兩倍。

近年來(lai)，我國還開發(fa)了(le)(le)能節約(yue)能源、節約(yue)資(zi)源和(he)抗沖擊(ji)(ji)的(de)GCr4軸承鋼(gang)。與GCr15相比，GCr4的(de)沖擊(ji)(ji)值(zhi)提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)66%～104%，斷裂韌(ren)性提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)67%，接觸疲勞壽命L10提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)12%。GCr4鋼(gang)軸承采用(yong)高(gao)(gao)溫加熱表面淬(cui)火熱處(chu)理工藝。與全(quan)淬透的GCr15鋼軸(zhou)承相(xiang)比，GCr4鋼軸(zhou)承的壽(shou)命明顯提高(gao)，可用于重(zhong)載高(gao)速列車軸(zhou)承。

今后軸承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)主要向高潔凈度(du)和(he)性(xing)能(neng)多樣化兩個(ge)方向發展(zhan)。提高軸承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)的(de)(de)潔凈度(du)，特別是降低鋼(gang)(gang)中的(de)(de)氧含(han)量(liang)，可以(yi)明(ming)顯延長軸承(cheng)(cheng)的(de)(de)壽命。

氧含量由28ppm降低到5ppm，疲勞壽命可以延長1個數量級。為了延長軸承鋼的壽命，人們多年來一直致力于開發應用精煉技術來降低鋼中的氧含量。通過不懈的努力，軸承鋼中的最低氧含量已從20世紀60 年代的28ppm 降低到90年代的5ppm。

目前(qian)，我國(guo)可以(yi)將軸(zhou)承鋼中的最低(di)氧(yang)含量(liang)控制(zhi)在 10ppm左右。軸(zhou)承使用環境的變化要求軸承鋼必須具備性能的多樣化。如設備轉速的(de)提(ti)高(gao)，需(xu)要(yao)準(zhun)高(gao)溫(wen)用(200℃以下)軸(zhou)承鋼(gang)(通常采用在 SUJ2鋼(gang)的(de)基礎上提(ti)高(gao)Si含量、添加V和Nb的(de)方法(fa)來達到抗軟化和穩定尺寸的(de)目的(de))；腐(fu)蝕應用場合，需(xu)要(yao)開(kai)發不銹軸(zhou)承鋼(gang)；為(wei)了簡化工藝(yi)，應該開(kai)發高(gao)頻淬火軸(zhou)承鋼(gang)和短(duan)時滲(shen)碳軸(zhou)承鋼(gang)；為(wei)了滿足航空(kong)航天的(de)需(xu)要(yao)，應開(kai)發高(gao)溫(wen)軸(zhou)承鋼(gang)。

（來源:軸承(cheng)雜志社）

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