國內(nèi)外軸承鋼發(fā)展現(xiàn)狀及方向

1、國內(nèi)外軸承鋼發(fā)展現(xiàn)狀及方向國內(nèi)外軸承鋼發(fā)展現(xiàn)狀及方向一、軸承鋼對組織結(jié)構(gòu)及性能基本要求一、軸承鋼對組織結(jié)構(gòu)及性能基本要求軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類，用于確定旋轉(zhuǎn)軸與其他零件相對運動位置，起支承或?qū)蜃饔玫牧悴考?，它是由?nèi)、外套圈、滾動體(滾珠、滾柱或滾針)和保持器四部分組成，合稱為軸承四大件。軸承工作條件十分復雜，不僅要承受各類高的交變應力，還要承受各種瞬時沖擊力的作用，使軸承極易產(chǎn)生疲勞裂紋和摩擦破壞，嚴重的情況下出現(xiàn)軸承套圈的

2、斷裂破壞。軸承主要破壞形式主要有兩種，即最常見接觸疲勞破壞和占次要地位的磨損破壞。由于要承受高接觸應力(一般高達15005000Nmm2)、多次循環(huán)接觸疲勞應力以及滑動磨損的工作環(huán)境，要求軸承有高抗塑性變形，抗摩擦磨損，高旋轉(zhuǎn)精度及尺寸精度，高尺寸穩(wěn)定性、長使用壽命和高可靠性；對于在特殊條件下工作的軸承，還有耐沖擊、高Dn值(軸承直徑與轉(zhuǎn)速的成績)、耐高溫低溫，防腐蝕和抗磁等性能。軸承鋼是制造軸承的主要材料，軸承鋼品質(zhì)最高，性能要求苛刻

3、，而且量大面廣，其種類繁多，但基本上可分為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、中碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼及無磁軸承鋼等系列鋼種。(1)高碳鉻軸承鋼：高碳鉻軸承鋼是軸承鋼的代表鋼種：GCr15、GCr15SiMn、GCr4、GCr15SiMo、GCr18Mo等。該類鋼是軸承鋼的主體，占到我國軸承鋼總量的90%以上(美國不到70%，歐洲不到50%)。我國高碳鉻軸承鋼的冶金水平、熱處理水平及表面處理水平與國外相比尚有較大差距；(2)滲碳軸承鋼：

4、表面經(jīng)滲碳處理后具有高硬度和高耐磨性，而心部仍有良好的韌性，能承擔較大的沖擊。品種有G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等。美國的滲碳軸承鋼占軸承鋼總量的30%，而我國僅占3%，有待于進一步發(fā)展，滲碳軸承鋼的品質(zhì)不足成為我國高鐵、機床與冶金軸承國產(chǎn)化的制約因素；(3)中碳軸承鋼：主要為適應輪轂和齒輪等部位具有多種功能的軸承部件或特大型軸承。適用于制作掘

5、進、起重、大型機床等重型設備上用的特大尺寸軸承，50CrNi、50CrNiL、42CrMo、65Mn2、70Mn2等。目前我國沒有專用中碳軸承鋼，需要規(guī)范化和新型鋼種研發(fā)；(4)高鉻不銹承鋼：馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、沉淀硬化型不銹鋼等。為滿足軸承的硬度要求，多采用馬氏體不銹鋼，9Cr18和9Cr18Mo。主要應用于化工、石油、造船、食品工業(yè)等部門。該類鋼中的夾雜物與碳化物控制水平仍然需要進一步提高；(5)中高溫軸承鋼：具有高的高溫硬

6、度(大于58HRC)、尺寸穩(wěn)定性、耐高溫氧化性、低的熱膨脹性和高的抗蠕變強度。M50(8Cr4Mo4V)和M50NiL是含Mo的高溫不銹鋼和BG42鋼，工作溫度在315℃；CSS42L，可以使用到500℃以上；X30鋼是一種高氮(0.42%)的超高強不銹鋼，耐蝕性能比M50高出幾十倍。主要應用于航空、航天工業(yè)的噴氣發(fā)動機、燃汽輪機和宇航飛行器的制造領域。我國高溫軸承鋼與國外差距很大，限制了航空發(fā)動機的發(fā)展；(6)無磁軸承合金：高強度和高

7、硬度(GH05或G60)以及X52合金等。最近美國NASA正在研發(fā)具有低密度、低模量、耐高溫、耐腐蝕的金屬間化合物軸承合金Ni60Ti40(我們定名為GNiTi40)，其密度僅僅6.7gcm3，彈性模量只有95GPa，耐蝕性能與陶瓷材料相當。未來這種軸承合中氧含量已經(jīng)可以降低到5ppm以下，鋼中的夾雜物含量得到大幅度降低，分布更加均勻，尺寸更加細小。隨著鋼的高純凈度冶煉平臺(分電爐與轉(zhuǎn)爐兩個系統(tǒng))的完善和軸承鋼純凈度的提高，軸承鋼中的夾

8、雜物水平得到很大改善，以至于鋼中碳化物的含量、分布、大小成為制約軸承鋼質(zhì)量的主要因素。因此在高純度冶煉平臺下控制碳化物的水平顯得越來越重要。影響碳化物的兩個化學成分因素，一是碳含量的影響，從滲碳軸承鋼、中碳軸承鋼到高碳軸承鋼分別屬于亞共析鋼、近共析鋼和過共析鋼的范疇，因而碳含量的變化直接影響了鋼中碳化物的含量、形態(tài)、分布；二是合金元素的影響，從低合金到高合金，不僅改變了鋼的共析點和碳化物的類型，影響了碳化物含量、形態(tài)和分布，更重要的是影

9、響了鋼中元素的偏析行為，加大了軸承鋼化學成分的不均勻性。從這個意義來講，軸承鋼中碳化物的工藝控制難度隨著碳含量的提高和合金元素含量的增加而增加。對過共析軸承鋼，以高碳軸承鋼GCr15為例，軸承鋼的冶煉質(zhì)量要求很高，不僅要嚴格控制硫、磷、氫等含量，而且要對非金屬夾雜物和碳化物的數(shù)量、大小和分布狀況進行控制。非金屬夾雜物和碳化物的數(shù)量、大小和分布狀況對軸承鋼的使用壽命影響很大，往往軸承的失效就是在大的夾雜或碳化物周圍產(chǎn)生的微裂紋擴展而成。研

10、究指出，夾雜物的含量基本上決定了軸承鋼的接觸壽命，如圖1a所示，軸承鋼的接觸疲勞壽命隨著單位體積內(nèi)夾雜物長度的增加而呈指數(shù)降低。一般認為，鋼中夾雜物的含量和鋼中氧含量密切相關，氧含量越高，夾雜物數(shù)量就越多，壽命就越短。隨著煉鋼潔凈度水平的不斷提高，軸承鋼中氧含量已經(jīng)可以控制到5ppm，夾雜物的數(shù)量、尺寸及其分布大為改善。軸承鋼中碳化物的含量、分布及尺寸大小對軸承鋼的壽命又起到至關重要的影響。如圖1b所示，隨著碳化物含量的降低，軸承鋼的接

11、觸疲勞壽命隨著碳化物含量的減少呈指數(shù)級提高。通過圖1b可以看出，碳化物的含量對軸承鋼的接觸疲勞壽命起決定性作用。另外研究結(jié)果還表明，夾雜物和碳化物粒徑越大、分布越不均勻，使用壽命也越短，如圖2所示。軸承鋼的化學成分控制、夾雜物與碳化物的大小、分布狀況與使用的冶煉工藝和冶煉質(zhì)量密切相關。所以軸承鋼的未來發(fā)展方向之一就是降低鋼中夾雜物與碳化物的含量，減小夾雜物與碳化物的顆粒大小。鋼中的碳化物主要來自于軸承鋼中的一次液析碳化物、二次網(wǎng)狀碳化物

12、和三次共析碳化物。隨著高潔凈冶煉水平的應用，一次碳化物基本上可以消除。二次碳化物主要在過共析鋼中存在，需要通過控軋控冷或低溫軋制加以消除或減輕。而具有影響性能的三次碳化物則主要存在于軸承鋼的帶狀組織，需要通過軋前的高溫成分均勻化來加以消除。1E51E41E30.010.1110106107108109Bearinglife(n)Totallengthofthecarbides(mmmm3)110105106107108L10&L50(C