高品質軸承鋼需求及質量控制課件

4、高品質軸承鋼需求及質量控制北京科技大學、材料學院劉雅政2011.124、高品質軸承鋼需求及質量控制北京科技大學、材料學院目錄一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求二、軸承鋼產品分類及標準三、軸承鋼質量控制關鍵技術目錄一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求1軸承現(xiàn)狀：高端軸承國內不能提供，依賴進口。軸承是國家重大技術裝備的關鍵零部件，目前轎車、高鐵、風電、精密機床、大型機械主軸配套軸承等重型裝備用的高端軸承一直是中國軸承行業(yè)的軟肋，長期依靠進口。2010年1-9月進出口量和價格相差懸殊，出口中低端產品為主，進口高端產品。a.高鐵軸承—我國高速鐵路迅猛發(fā)展，2007-2010年不到四年的功夫，運營里程達到了8358公里，占世界高鐵總里程超過30％；高鐵時速繼380公里的高速列車下線之后，又開始研發(fā)時速500公里的高速列車系統(tǒng)。時速超過200公里的高速列車軸承全部進口，被國外軸承企業(yè)壟斷：瑞典SKF、德國FAG軸承、INA軸承、日本NTN、NSK等公司。一個部件破損要整個輪對進口。2009年2月6日，日本NSK軸承公司與中國南車集團合作，成功簽下武廣高鐵30個編組的軸箱軸承訂單；2010年3月，瑞典SKF軸承宣布與中國鐵道部在原來4年合約的基礎上再續(xù)約4年；2010年10月，日本NTN軸承在中國境內最大的生產基地落戶南京，一期投資1億美元，建設用于高速鐵路、地鐵及風力發(fā)電所用軸承的生產基地。一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求1軸承現(xiàn)狀：高端軸承國內不SKF中國鐵路業(yè)務部副總經理黃志竟然坦言：“軸承在整個車的配置中雖然只占很小一塊，但高鐵這樣的產品項目不容任何閃失。軸承最主要的在于可靠性，安全是第一的。中國高鐵軸承市場因國有產品不足，而給外資廠商留下了較大空間，足以持續(xù)到2020年?！眹乐刂萍s了國內高速鐵路客車產業(yè)的正常發(fā)展，影響了高速鐵路客車軸承的國產化配套。未來五年鐵路軸承市場營銷總額就可達近20億元。開發(fā)高鐵軸承填補空白、頂替進口，刻不容緩。高鐵軸承組織與性能特點1.合理的硬度梯度分布：鐵路機車上的使用經驗表明，GCr15SiMn鋼種淬透性好，表層和心部的硬度幾乎相等，都可在HRC60以上。這樣的硬度分布，對承受劇烈沖擊負荷的軸箱軸承并不合適，內外套圈和滾子脆性大，沖擊韌性低，容易發(fā)生裂損；

GCr15鋼淬透性差，經適當熱處理后，表層硬度可達HRC60-63，而心部較軟，既能保證軸承有足夠的疲勞壽命與磨損壽命，又具有承受沖擊負荷的優(yōu)良性能。2.殘留奧氏體量控制：在相同的回火溫度下，GCr15SiMn鋼的殘余奧氏體含量比GCr15鋼高很多。GCr15經淬火和回火后，殘余奧氏體一般為百分之十幾，GCr15SiMn鋼熱處理后的殘余奧氏體高達百分之二十幾。較高的殘余奧氏體含量導致軸承尺寸的不穩(wěn)定，軸箱軸承常因此產生內孔直徑的脹大，使軸承與軸頸的配合過盈量得不到保證，從而出現(xiàn)透銹和弛緩現(xiàn)象。3.純凈度：氫的存在，易在鋼中形成白點，這是產生裂紋的潛在根源；氮會增加鋼的回火脆性；氧化物硬度高，而難變形的氧化物等非金屬夾雜物氧化鋁、氧化鐵等則是產生疲勞的起點。SKF中國鐵路業(yè)務部副總經理黃志竟然坦言：“軸承在整個車的配高鐵發(fā)展--運行時速在200公里以上的鐵路2007年4月18日之前，中國還沒有一條可以稱為“高速”的鐵路2010年全國鐵路營業(yè)里程達到了9.1萬公里，高鐵運營里程達到了8358公里，

占世界高鐵總里程超過30％，穩(wěn)居世界第一；幾年前，中國鐵路還以100公里左右時速“匍匐前進”現(xiàn)在，中國高鐵最高運營試驗時速達到486.1公里，堪稱“陸地飛行”“十二五”期間，2011年全國鐵路計劃基建投資7000億元人民幣到2020年我國高速鐵路里程將達1.8萬公里根據(jù)《中長期鐵路網規(guī)劃（2008年調整）》到2012年我國將建成42條高鐵客運專線總里程將超過1.3萬公里這對動車組將形成800列的新增需求；2010年10月26日，擁有自主知識產權的“和諧號”CRH308A新一代高速列車動車組最高時速達416.6公里，創(chuàng)下當時世界運營鐵路運行試驗最高速度。但這一“陸上航班”所用軸承我國均無法生產。高鐵發(fā)展--運行時速在200公里以上的鐵路2007年4月18我國軸承行業(yè)規(guī)定的高鐵軸承鋼種為GCr15鋼和GCr15SiMn鋼；對于壁厚大于12mm或外徑≥250mm的軸承套圈及直徑大于22mm的滾子，規(guī)定必須采用GCr15SiMn鋼，因為這一鋼種淬透性好，表層和心部的硬度幾乎相等，都可在HRC60以上。

但是鐵路機車上的使用經驗表明，這樣的硬度分布，對承受劇烈沖擊負荷的軸箱軸承并不合適，內外套圈和滾子脆性大，沖擊韌性低，容易發(fā)生裂損。

GCr15鋼淬透性差，經適當熱處理后，表層硬度可達HRC60-63，而心部較軟，這樣，既能保證軸承有足夠的疲勞壽命與磨損壽命，又具有承受沖擊負荷的優(yōu)良性能。研究還表明，在相同的回火溫度下，GCr15SiMn鋼的殘余奧氏體含量比GCr15鋼高很多。GCr15經淬火和普通回火后，殘余奧氏體一般為百分之十幾，而GCr15SiMn鋼熱處理后的殘余奧氏體高達百分之二十幾。較高的殘余奧氏體含量導致軸承尺寸的不穩(wěn)定，軸箱軸承常因此產生內孔直徑的脹大，使軸承與軸頸的配合過盈量得不到保證，從而出現(xiàn)透銹和弛緩現(xiàn)象。采用G20CrNi2MoA滲碳軸承鋼制造的軸承，除表面具有高的硬度、耐磨、高的疲勞強度、良好的尺寸穩(wěn)定性外，軸承內部還具有高的韌性，用于制造承受沖擊較大鐵路機車有優(yōu)勢。我國軸承行業(yè)規(guī)定的高鐵軸承鋼種為GCr15鋼和GCr15b.風電軸承的現(xiàn)狀在傳統(tǒng)能源的相對匱乏、環(huán)境壓力以及地緣政治的強烈不安全感，使得各國在發(fā)展包括風電在內的可再生能源方面不遺余力。1996年~2010年全球風電裝機容量發(fā)展趨勢圖全球風力發(fā)電裝機容量在2010年增長約為40GW，總裝機容量達到200GW到2014年將再翻一倍達到400GW歐洲計劃到2020年實現(xiàn)可再生能源占總發(fā)電量的20%，其中風電占到12%。而現(xiàn)在全球風電占總發(fā)電量的比例僅為1.19%。要實現(xiàn)12%的目標，還需要增長近10倍。每年新增風電裝機容量將保持在2000萬kW以上。歐洲風能協(xié)會在2011年3月15日在比利時首都布魯塞爾發(fā)表公報表示，歐盟計劃今后20年投資4000億歐元，以實施風電工業(yè)計劃。2030年時風能發(fā)電將占電力生產的28.5%。來源于全球風能協(xié)會《2010年各國風電裝機統(tǒng)計》未來風電有著很大的發(fā)展空間。2010年，歐洲的風電市場發(fā)展創(chuàng)下新紀錄：有308臺海上風力發(fā)電機安裝，裝機容量比2009年增加了51%。價值26億英鎊的五個風電場總裝機容量為883兆瓦(MW)，發(fā)電量可達2964MW。來源于歐洲風能協(xié)會(EWEA)

《歐洲風能產業(yè)——未來主要發(fā)展方向和2010風能數(shù)據(jù)》b.風電軸承的現(xiàn)狀在傳統(tǒng)能源的相對匱乏、環(huán)境壓力以及地緣

按照我國能源發(fā)展戰(zhàn)略，國家將大幅度提高風能、太陽能、生物質能等可再生能源在整個能源消費中的比例。在這一戰(zhàn)略的引導下，近年來我國風電產業(yè)發(fā)展很快。我國2000年~2010年風機裝機容量發(fā)展趨勢2010年中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風電機組12904;裝機容量18927.99兆瓦，同比增長73.3%，占全球新增裝機容量46.1%。累計裝機容量達44733.29兆瓦，占全球累計裝機容量的21.8%超過美國（占全球累計裝機容量20.7%），居世界第一位數(shù)據(jù)來源于中國風能協(xié)會《2010年中國風電裝機容量統(tǒng)計》2010年全球風電累計裝機容量2010年全球風電新增裝機容量到2010年底，我國風電裝機容量為4473萬千瓦，但不到可開發(fā)風能總量的2‰。預測2011年我國風電裝機容量有望達5500萬千瓦。圖片來源于全球風能協(xié)會《2010年各國風電裝機統(tǒng)計》按照我國能源發(fā)展戰(zhàn)略，國家將大幅度提高風能、太按照“十二五”規(guī)劃綱要，我國將建設陸上和海上大型風電基地，新建裝機7000萬千瓦以上。這意味著，在“十二五”期間，我國風電新增裝機將保持平均每年不低于1400萬千瓦的速度增長。我國風電開發(fā)市場潛力極為可觀。風電產業(yè)的快速增長，為風電設備的發(fā)展提供了強有力的支撐。作為風電設備的關鍵零部件之一的軸承，伴隨著風電產業(yè)的快速增長，必然引來旺盛的市場需求。

風電偏航軸承風電變漿軸承裝配示意圖風電主軸軸承風電增速器軸承目前在全球風電市場占據(jù)統(tǒng)治地位，有瑞典SKF、德國FAG、美國TIMKEN和日本NSK等。

我國對風電軸承制造方面起步較晚，在研究開發(fā)深度和工程應用經驗積累方面遠不夠。目前國內風電軸承企業(yè)的產能主要集中在技術門檻相對較低的偏航軸承和變漿軸承上，3MW以下風電設備配套軸承均可批量生產，國產替代率已達到80%以上，年產能已達4萬套以上。主軸軸承和增速器軸承的技術含量較高，還是依靠進口，只有部分企業(yè)初步介入，尚處于研制階段。開發(fā)主軸軸承和增速器軸承，頂替進口。按照“十二五”規(guī)劃綱要，我國將建設陸上和海上大b.風電軸承的現(xiàn)狀風電軸承的關鍵技術主要有：（1）設計與破損：經驗類比設計為主，受力分析與載荷譜的研究幾近空白。難點技術是針對主軸軸承的要求無故障運轉達13×104h以上、具95%以上可靠度；（齒輪箱故障中約80%左右是由軸承失效所致）。（2）防腐蝕與密封：偏航和變槳軸承部分裸露在外；（3）偏航和變槳軸承的特殊游隙要求：不定風力沖擊載荷等，偏航軸承要求小游隙；變槳軸承承受的沖擊載荷更大，葉片傳遞的振動也大，要求為零游隙或者稍負游隙，以減小滾動工作面的微動磨損。（4）偏航和變槳軸承滾道的磨削加工；（5）主軸軸承和變速器軸承的高精度加工：其中最主要是所采用的調心滾子軸承；（6）變速器軸承用保持架的改進設計；（7）檢測試驗：檢測試驗包括摩擦力矩測量、模擬試驗機和試驗規(guī)程等。國內外風電軸承用鋼（1）偏航和變漿軸承：40CrMo鋼；關鍵提高低溫沖擊功等力學性能,環(huán)境溫度-40～-30℃，工作溫度在-20℃左右；熱處理工藝：表面感應淬火的淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋（尤其是齒根部位）的控制。（2）增速器軸承和主軸軸承依靠進口：瑞典SKF、德國FAG、美國TIMKEN和日本NSK等。承受扭矩和轉速波動大、負載易突變；安裝平臺柔性變形等，與傳統(tǒng)的重載工業(yè)齒輪箱的應用環(huán)境相去甚遠。部件失效造成風力發(fā)電機停機，增速器失效所占20%左右。齒輪磨損產生的微小金屬顆粒在軸承工作表面形成壓痕，形成高的應力集中，成為疲勞源，導致剝落，縮短軸承使用壽命。b.風電軸承的現(xiàn)狀風電軸承的關鍵技術主要有：國內外風電軸承用我國機械行業(yè)標準規(guī)定：增速器軸承的套圈和滾動體采用電渣重熔冶煉的高碳鉻軸承鋼GCr15SiMn和GCr15SiMo；按《軍用高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理質量要求》的規(guī)定進行熱處理。

GCr15SiMn和GCr15SiMo鋼：（1）提高鋼的純潔度、降低夾雜物含量、改善夾雜物的性質和形態(tài)以減輕其對鋼的危害

--由于Si、Mn等元素含量提高，更容易引起鑄坯偏析，因此在冶煉中要采用有效

措施控制偏析。--非金屬夾雜物成為制約軸承鋼性能的關鍵因素；（2）應嚴格控制軸承鋼的冶金質量，并優(yōu)化設計合理的熱處理工藝，獲得合格力學性能和提高其疲勞壽命；（3）GCr15SiMn和GCr15SiMo相比，后者淬透性更好些；主軸軸承：在國產真空脫氣鋼質量尚存在一定差距的情況下，采用電渣重熔滲碳鋼ZG20Cr2Ni4A制造等。日本NSK公司開發(fā)的中碳合金鋼經碳氮共滲的STF和HTF鋼，嚴格控制碳氮共滲工藝，使零件表面得到較多的穩(wěn)定殘余奧氏體（約30%～35%）和大量細小的碳化物、碳氮化物。后者可保證表面的硬度和耐磨性，使壓痕不易形成；前者可以降低壓痕的邊緣效應，阻止疲勞源的形成和擴展，從而大大提高軸承在如增速器這樣的污染潤滑工況下的使用壽命。我國機械行業(yè)標準規(guī)定：增速器軸承的套圈和滾動體日本NSK公司c.盾構隧道掘進機軸承盾構機施工：穩(wěn)定開挖面、挖掘及排土、襯砌包括壁后灌漿三大要素。國外盾構機的占有率曾經高達95%以上。國產化替代進口是未來的目標和主要任務。到2015年以前，需要投入盾構機300臺，5年內潛在商機可能超過200億元。盾構機在既定施工段不允許失效，盾構主軸承的壽命和可靠性直接影響盾構機械的施工安全，幾乎等同于盾構機的壽命。美國TIMKEN占有份額較大，鋼種滲碳鋼G20CrNi2Mo為多。近年來，北方重工、上海隧道股份、第二重型機械集團公司、大連重工?起重集團和首鋼集團、武漢重工集團有限公司等企業(yè)也進入了盾構機裝配制造行列。主軸承承載能力、壽命和可靠性、一致性與國外同期同類產品相比，存在很大的差距，并且由于主軸承的高可靠性要求，導致盾構機國內用戶不愿采用國內軸承，完全采用進口軸承。主軸承的國產化，盾構主軸承的自主研發(fā)制造能否跟得上，將成為促進或制約我國盾構技術發(fā)展的關鍵因素。開發(fā)軸承鋼滿足盾構機主軸承要求，目標代替進口。c.盾構隧道掘進機軸承盾構機施工：穩(wěn)定開挖面、挖掘及排土、襯序號公司名稱工廠數(shù)年銷售額出口比重國際市場占有率個億元%%1瑞典SKF905096202日本NSK284443133日本KOYO17324374日本NTN27294595日本NMB222762/6美國TIMKEN242421107德國FAG622072108德國INA1615//9日本NACHI141430/10美國TORRINGTON2810//世界十大著名軸承公司基本情況近10年國外軸承知名公司近85%以上國際市場占有率。幾家公司在我國投資建廠，從軸承設計技術水平的提高，生產工藝和生產管理的規(guī)范、生產裝備水平的現(xiàn)代化、產品的質量和使用性能的提高等方面都起到了很大的推動性作用。能夠達到為這些廠提供軸承鋼材料供貨標準的我國特鋼企業(yè)只有幾個，我國軸承鋼產品大多數(shù)是處于中低檔水平；而我國重型裝備用軸承市場更是有這些知名企業(yè)的產品所占有，如高速鐵路列車軸承、高速高精密機床軸承、航空航天軸承及新能源軸承等目前都要依靠進口。軸承在工作時承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性，以及高的彈性極限。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。根據(jù)軸承使用的環(huán)境不同，相對于其服役狀態(tài)有不同的質量控制要點和要求。序號公司名稱工廠數(shù)年銷售額出口比重國際市場占有率個億元%%12.軸承鋼現(xiàn)狀軸承質量除了軸承結構設計、制造精度外，軸承用鋼是關鍵，其對軸承產品的加工質量、使用壽命和可靠性能具有至關重要的作用。我國特殊鋼生產企業(yè)有近100家，市場供大于求；產品檔次不高，能耗高，名牌產品缺，市場競爭力差。軸承鋼：幾個企業(yè)的軸承鋼得到了SKF、FAG、NSK、NTN等著名軸承公司準入；有相當數(shù)量的特殊鋼生產企業(yè)沒有掌握關鍵技術，生產的多為低附加值軸承鋼產品；技術含量較低的產品市場：供過于求，竟相壓價，虧損累累，卻是消耗了大量的能源和資源，又破壞了環(huán)境；技術含量較高的產品市場：國內高質量軸承鋼的供應僅為需求的十分之一，又主要依賴進口。軸承鋼質量嚴重影響我國下游行業(yè)的發(fā)展。特殊鋼是重大裝備制造和國家重點工程建設所需的關鍵材料，是鋼鐵材料中的高技術含量產品，其生產和應用代表了一個國家的工業(yè)化發(fā)展水平。世界約1500萬噸的特鋼貿易中，日本占到世界特鋼出口量的1/3強，我國尚不到世界特鋼出口市場的2%，都是中低檔特鋼產品?！笆濉逼陂g，國家把高品質特殊鋼作為戰(zhàn)略性新興產業(yè)，我國特鋼行業(yè)將迎來新一輪發(fā)展，這是從根本上改變我國特鋼落后面貌，整體提升我國特鋼產業(yè)技術水平和戰(zhàn)略產品研發(fā)水平的重要機遇期。2.軸承鋼現(xiàn)狀軸承質量除了軸承結構設計、制造精度外，軸承用鋼國內軸承鋼生產企業(yè)近年通過大規(guī)模的技術改造、設備更新已獲得了可喜的成績。國內軸承鋼產量增長非常迅速。2000年產量僅為71萬噸2005年則迅速增長到192萬噸，平均年增22%截止至2010年，國內32家特鋼企業(yè)生產軸承鋼293.98萬噸，同比增長37%現(xiàn)在軸承鋼產量排名世界第一軸承產量排名世界第四名副其實的軸承鋼和軸承生產大國我國是軸承鋼大國但不是軸承鋼強國在時速160公里以上動車機組中，很難見到我國的軸承鋼材在飛機等航空領域，軸承鋼材也全被發(fā)達國家所占領

中國軸承鋼材的壽命一般只有日本軸承鋼材的二分之一，有的甚至只有1/4我國軸承鋼發(fā)展現(xiàn)狀國內軸承鋼生產企業(yè)近年通過大規(guī)模的技術改造、設備更新已獲軸承——工業(yè)的心臟軸承工業(yè)——國民經濟的裝備部軸承滲透到國民經濟各個部門，每個國家軸承的需求量與國民生產總值保持一定的關系軸承的產量和質量制約著國民經濟、國防建設及科學技術現(xiàn)代化的速度和進程小尺寸軸承大尺寸軸承風電變漿軸承盾構機刀盤軸承二.軸承鋼產品分類及標準軸承——工業(yè)的心臟軸承滲透到國民經濟各個部門，每個國家軸承的軸承：具備長壽命、高精度、低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪音、高耐磨性等軸承鋼：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。軸承性能要求軸承應具有的特性對軸承材料的要求耐高荷重抗變形強度高硬度高能進行高速回轉磨擦和磨損小耐磨強度高回轉性能好回轉精度高，尺寸精度高純凈度、無效度高具有互換性尺寸穩(wěn)定性好尺寸精度高能夠長期使用具有耐久性疲勞強度高包括：高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、不銹軸承鋼及特殊工況條件下應用的特殊軸承鋼軸承鋼分類軸承：具備長壽命、高精度、低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪音、高碳鉻軸承鋼牌號化學成分（質量分數(shù)）/%CSiMnCrMoPSNiCuCu+NiO模注鋼連鑄鋼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高碳鉻軸承鋼牌號和化學成分GCr15、GCr15SiMn、GCr18Mo、

GCr15SiMo

全淬透性GCr4限制淬透性軸承鋼心部具有良好韌性、表面高強度高碳鉻軸承鋼牌號化學成分（質量分數(shù)）/%CGCr4軸承鋼CSiMnCrMoNiCu0.95~1.050.15~0.300.15~0.300.35~0.50≤0.08≤0.25≤0.20GCr4軸承鋼化學成分（wt，%）限制淬透性軸承鋼用體積感尖加熱，表面淬火回火后具有全淬透性GCr15軸承鋼和低碳合金滲碳鋼的性能淬火后表面硬度高，耐磨性好，抗疲勞性能好心部硬度只有35~40HRC，韌性好，抗沖擊心部具有良好韌性、表面高強度主要用于制作各種尺寸、受載荷不大的滾動軸承套圈及滾子GCr4軸承鋼CSiMnCrMoNiCu0.95~1.050GCr15軸承鋼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：熱軋退火態(tài)：179～207HBW熱軋不退火態(tài)：不小于302HBW力學性能：熱處理后為抗拉強度1617MPa沖擊功Akv

28J硬度61～64HRC顯微組織球化退火：應為細小、均勻、完全球化的珠光體組織。直徑≤60mm的球化退火圓鋼的顯微組織合格級別為2～4級熱處理后：回火馬氏體脫碳層熱軋盤條直徑每邊總脫碳層深度不大于5.0～9.50.1510～150.2016～300.4031～500.6051～750.8076～1001.10101～1501.20熱軋圓鋼表面每邊總脫碳層深度GCr15軸承鋼化學成分（wt，%）高碳鉻軸承鋼典型鋼種自上世紀初問世，至今已有近100年的歷史從它誕生至今，化學元素的含量幾乎沒有變化，但其疲勞壽命卻有成倍甚至成幾十倍的提高制作壁厚小于12mm、外徑小于250mm的軸承套圈圓錐、圓柱及球面滾子直徑大于22mm的軸承零件GCr15軸承鋼CSiMnCrMoNiCuNi+Cu0.95GCr15SiMn軸承鋼項目CSiMnCrPSOAls用戶要求0.95~1.050.45~0.750.95~1.251.40~1.65≤0.025≤0.025≤0.0012內控范圍0.95~0.980.50~0.540.98~1.021.43~1.47≤0.02≤0.01≤0.00120.01~0.03目標值0.960.521.001.45≤0.02≤0.007≤0.0010.015石鋼GCr15SiMn軸承鋼化學成分（wt，%）在GCr15鋼基礎上適當增加Si、Mn含量的改型鋼種改善其淬透性和彈性極限耐磨性也比GCr15鋼好切削加工性能較GCr15鋼稍差，有回火脆性傾向主要用于制造：壁厚大于12mm、外徑大于250mm的軸承套圈鋼球直徑大于50mm圓錐、圓柱及球面滾子直徑大于22mm的軸承零件性能硬度：熱軋退火態(tài)：179～217HBW熱軋不退火態(tài)：不小于302HBW力學性能：熱處理后為抗拉強度1831MPa沖擊功Akv

23J硬度65HRC顯微組織球化退火：應為細小、均勻、完全球化的珠光體組織。直徑≤60mm球化退火圓鋼的顯微組織合格級別為2～4級熱處理后：回火馬氏體脫碳層熱軋盤條直徑每邊總脫碳層深度不大于5.0～9.50.1510～150.2016～300.4031～500.6051～750.8076～1001.10101～1501.20熱軋圓鋼表面每邊總脫碳層深度GCr15SiMn軸承鋼項目CSiMnCrPSOAls用戶要GCr15SiMo軸承鋼CSiMnCrMoSP1.010.780.331.590.340.0080.012對大型軸承品種、規(guī)格和數(shù)量需求越來越多，軸承尺寸增加要求軸承內外套圈有效壁厚和滾動體直徑也隨之加大GCr15SiMn鋼淬透性、淬硬性及軸承壽命滿足不了實際需要GCr15鋼基礎上增加Si和Mo元素含量，高淬透性軸承鋼開發(fā)基本思路：Si對Cr-Mo系SKF25Mo對Cr-Si-Mn系GCr15SiMn鋼性能影響淬透性J60≥25mm性能硬度：熱軋退火態(tài)：179～217HBW熱軋不退火態(tài)：不小于302HBW力學性能：熱處理后為抗拉強度1831MPa沖擊功Akv

23J硬度65HRC淬透性：J60≥25mm顯微組織球化退火：應為細小、均勻、完全球化的珠光體組織。直徑≤60mm的球化退火圓鋼的顯微組織合格級別為2～4級熱處理后：回火馬氏體脫碳層洛陽軸研科技股份有限公司GCr15SiMo鋼化學成分（wt，%）熱軋盤條直徑每邊總脫碳層深度不大于5.0～9.50.1510～150.2016～300.4031～500.6051～750.8076～1001.10101～1501.20熱軋圓鋼表面每邊總脫碳層深度GCr15SiMo軸承鋼CSiMnCrMoSP1.010.7GCr18Mo軸承鋼洛陽軸研科技股份有限公司GCr18Mo鋼化學成分（wt，%）CSiMnCrMoSP0.980.270.301.730.20.0080.008以德國鋼號100CrMo7為基礎相當于SKF24適宜于貝氏體等溫淬火淬透性為880端淬J60值為18mm使用等溫貝氏體淬火淬火加熱溫度多采用860～880℃仍采用200℃以下低溫回火其原因主要是該鋼在貝氏體組織下的接觸疲勞壽命、沖擊韌度和斷裂韌性明顯優(yōu)于其馬氏體組織的性能。GCr15基礎上加入質量分數(shù)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達20mm的滾動軸承套圈，滾動軸承件的尺寸范圍也擴大GCr18Mo軸承鋼洛陽軸研科技股份有限公司GCr18Mo鋼滲碳軸承鋼滲碳及高溫滲碳軸承鋼牌號和化學成分G20CrNi2Mo滲碳軸承鋼使用較廣泛G13Cr4Mo4Ni4V高溫滲碳軸承鋼經滲碳、淬火、回火，在高溫下使用用于制作航空發(fā)動機的高溫軸承或其他行業(yè)使用的耐高溫、耐沖擊軸承滲碳軸承鋼滲碳及高溫滲碳軸承鋼牌號和化學成分G20CrNi2牌號元素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軸承鋼化學成分要求（wt，%）G20CrNi2Mo滲碳軸承鋼優(yōu)質低碳合金鋼切削、冷加工性能良好，耐沖擊，滲碳后耐磨，接觸疲勞壽命高美國滲碳軸承鋼產量達到軸承鋼總產量的30%日本為10%~15%而我國還不到5%滲碳軸承鋼在我國存在著巨大的潛在市場及發(fā)展前景所制造軸承表面具有高的硬度、耐磨、高的疲勞強度、良好的尺寸穩(wěn)定性軸承內部具有高的韌性廣泛用于制造承受沖擊較大的軸承，如軋機、重型車輛、鐵路機車等每年需求量約為130萬套鐵路軸承，用鋼15萬t左右性能硬度：熱軋退火態(tài)：不大于229HBS力學性能：熱處理后為抗拉強度≥980MPa沖擊功Akv

≥63J伸長率

δ5：≥13%斷面收縮率ψ：≥45％顯微組織滲碳熱處理后：滲碳層為高碳馬氏體心部為低碳馬氏體G20CrNi2Mo軸承鋼牌號元素CSiMnPSCrG20CrNi2Mo下限0.170高溫軸承鋼高溫軸承鋼牌號和化學成分工作溫度在150℃以上使用的軸承稱為高溫軸承高溫軸承鋼除應具有一般軸承鋼的性能外還應具有一定的高溫硬度和高溫耐磨性、高溫接觸疲勞強度、抗氧化性能、高溫耐沖擊性能和高溫尺寸穩(wěn)定性鉬系鋼：Cr4Mo4V、Cr14Mo4鎢系鋼：

W18Cr4V、

W9Cr4V2Mo、GCrSiWV高溫軸承鋼其中以Cr4Mo4V和W18Cr4V最為常用高溫軸承鋼高溫軸承鋼牌號和化學成分工作溫度在150℃以上使用不銹軸承鋼不銹軸承鋼牌號和化學成分9Cr18是高碳高鉻馬氏體不銹鋼，淬火后有高硬度和高耐蝕性9Cr18Mo是9Cr18鋼中添加Mo元素，淬火后硬度和穩(wěn)定性更好這兩種不銹鋼可用于制作在腐蝕環(huán)境及無潤滑的強氧化氣氛中工作的軸承，如船舶、化工、石油機械中的軸承等，也可作為耐蝕高溫軸承材料，但使用溫度不能超過250℃。不銹軸承鋼不銹軸承鋼牌號和化學成分9Cr18是高碳高鉻馬氏體特殊軸承鋼70Mn15Cr2Al3WMoV2無磁軸承鋼70Mn15Cr2Al3WMoV2無磁軸承鋼的化學成分沉淀硬化型奧氏體鋼低磁導率，高強度，高硬度，高耐磨性等退火后加工性較好，是無磁軸承和無磁模具的優(yōu)良材料也可用于制作要求強度高、耐磨和無磁的電子零件特殊軸承鋼70Mn15Cr2Al3WMoV2無磁軸承鋼70M國內外軸承鋼牌號對應表GB標準歐洲EN標準日本JIS標準用戶協(xié)議及雙方協(xié)議GCr15100Cr6SUJ2、SUJ3SKF3、SKF3S日本JIS軸承鋼牌號及化學成分牌號CSiMnCrMoPS備注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國內外軸承鋼牌號對應表GB標準歐洲EN標準日本JIS標準用戶日本JIS軸承鋼a.性能鋼棒以熱軋或退火狀態(tài)交貨，退火硬度指標：牌號HB，≤HRB，≤SUJ1、SUJ2、SUJ320194SUJ5、SUJ620795SUJ2熱處理后力學性能：抗拉強度為1617MPa；沖擊功Akv為28J；硬度：61～64HRC。b.顯微組織經球化退火后顯微組織：碳化物應充分球化、分布大致均勻；不存在有害的網狀偏析或大塊碳化物等缺陷。熱處理后金相組織：回火馬氏體。c.脫碳層熱軋盤條直徑每邊總脫碳層深度不大于≤250.4025～350.5035～500.6050～800.8080～1001.00100～1251.20125～1601.40熱軋圓鋼表面每邊總脫碳層深度（mm）日本JIS軸承鋼a.性能牌號HB，≤HRB，≤SUJ1、SU瑞典（SKFD33）重要標準主要技術要求

SKF軸承鋼典型化學成分牌號CSiMnCrMoNiCu備注SKF30.95~1.10.15~0.350.25~0.451.36~1.65≤0.1≤0.25≤0.3GCr15a.性能熱軋球化退火材硬度要求：HBS180~220。SKF3軸承鋼熱處理后力學性能為：抗拉強度為1617MPa；沖擊功Akv為28J；硬度：61～64HRC。b.顯微組織熱軋球化退火后組織為完全球化的珠光體，鐵素體基體上均勻分布的球狀滲碳體組織。c.脫碳層按SKFD30測定脫碳深度≤0.008×直徑。瑞典（SKFD33）重要標準主要技術要求SKF軸承鋼典型法國（NF）軸承鋼重要標準主要技術要求100Cr6軸承鋼典型化學成分牌號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：試樣加熱825~875℃，15min后油淬，HRC≥62。

熱處理硬度：試樣加熱860~870℃，30min后油淬，100Cr6軸承鋼HRC≥62。c.脫碳層脫碳、表面缺陷深度尺寸脫碳和表面缺陷深度，≤成品D≤6.50.086.5＜D≤120.1012＜D≤150.1215＜D≤400.1840＜D0.08+4%d，最大為0.40軋制狀態(tài)的棒和鋼坯40＜D≤1000.50100＜D≤2000.5%d200＜D1%db.顯微組織熱軋球化退火后組織為球狀珠光體，無片狀和網狀。法國（NF）軸承鋼重要標準主要技術要求100Cr6軸承鋼典型三、軸承鋼質量控制關鍵技術滾動軸承零件以點接觸或線接觸的形式,在高的交應接觸應力下長期工作。其工作部位多處于主機的心臟或關節(jié)等要害處。主機的精度、壽命和可靠性很大程度上決定于軸承。軸承鋼：制造滾珠、滾柱和軸承套圈，是特鋼產品中要求最為嚴格的產品。軸承在工作時承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性、高的彈性極限。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。根據(jù)軸承使用的環(huán)境不同，相對于其服役狀態(tài)有不同的質量控制要點和要求。近幾十年來，工業(yè)發(fā)達國家在軸承用鋼的開發(fā)及生產應用方面可大致分為兩個方面：一方面：采用新的冶煉技術和裝備，或對傳統(tǒng)的冶煉工藝和裝備進行改進，降低鋼中氧含量及夾雜物的數(shù)量，改善夾雜物的分布、尺寸和形態(tài)，改善結晶狀態(tài)等，以提高原有鋼種的冶金質量，生產長壽命、純凈或超高潔凈鋼；另一方面：對原有的鋼種的化學成分進行改進或開發(fā)全新軸承用鋼，以滿足不同使用場合對軸承越來越高的性能要求，或在具有同樣性能的前提下降低材料費用和整個軸承的生產成本。三、軸承鋼質量控制關鍵技術滾動軸承零件以點接觸或線接觸的形式三、軸承鋼質量控制關鍵技術大型機械設備的滾動軸承，對于軸承鋼性能要求的共同點是：（1）高的接觸疲勞強度：承受周期性交變載荷，每分鐘可達數(shù)十萬次，周期性交變應力的反復作用下，接觸表面出現(xiàn)疲勞剝落。（2）高的耐磨性：耐磨性差，滾動軸承便會因磨損過早地喪失精度或因旋轉精度下降而使軸承振動增加、壽命降低。（3）高的彈性極限：為防止在高接觸應力下發(fā)生過大的塑性變形，使軸承精度喪失或發(fā)生表面裂紋，（4）適宜的硬度：硬度是重要指標之一。滾動軸承用鋼的硬度要適宜，硬度在62HRC左右可得到高的接觸疲勞壽命。（5）一定的沖擊韌性：三、軸承鋼質量控制關鍵技術大型機械設備的滾動軸承，對于軸承鋼耐蝕性問題：腐蝕——磨蝕交互作用下高品質軸承鋼的服役行為；高品質軸承鋼的大氣腐蝕行為；環(huán)境帶來的腐蝕問題：

高鐵、海洋風電，還是石化用軸承材料，都面臨著共同問題。例如在接觸水或水蒸氣的水力機械中，在接觸酸和堿的化工機械中，在接觸海水的艦艇船舶中等，對軸承鋼的要求也越來越高，一般軸承鋼往往已經不能滿足實際的需要；研發(fā)耐腐蝕新型軸承鋼:為解決以下問題普通的GCr15和低合金軸承鋼系列----不耐大氣腐蝕;熱加工過程中，表面會形成大量的氧化皮而造成軸承鋼表面的極度高低不平和金屬損失嚴重;

堆放和運輸中也會大量的產生銹蝕;

與空氣、水和腐蝕性介質接觸的環(huán)境條件下，普通的軸承鋼耐蝕性能差，非常容易生銹;軸承鋼在使用過程中，軸承接觸到侵入的介質，像水﹑鹽霧﹑酸性化學制品及清潔劑，也受到疲勞和磨損等作用。在環(huán)境、介質、磨損的共同作用下，常會產生腐蝕磨損和腐蝕疲勞，嚴重影響軸承的使用壽命。耐蝕性問題：環(huán)境帶來的腐蝕問題：研發(fā)普通的耐腐蝕新型軸承鋼重要性：目前國內外在一些使用要求比較高的場合，使用高碳鉻不銹軸承鋼如9Cr18、Cr18Mo等；由于不銹軸承鋼中含有較高的碳、鉻，在冶煉凝固過程中不可避免地形成粗大的共晶碳化物，這些粗大的分布不均勻的共晶碳化物在熱處理時無法消除，并且易造成熱處理后硬度達不到技術要求，或硬度分布不均，在生產過程中易產生廢品；由于使用成本的大量上升，在一般的場合下，用戶不會大量的使用不銹軸承鋼。研發(fā)普通的耐腐蝕新型軸承鋼重要性：我們應關注：高品質軸承鋼的摩擦磨損特性；高品質軸承鋼的大氣腐蝕行為；腐蝕——磨蝕交互作用下高品質軸承鋼的服役行為；影響高品質軸承鋼壽命的關鍵因素研究；提高軸承鋼可靠性與使用壽命的關鍵技術研究。我們應關注：高品質軸承鋼的摩擦磨損特性；含C1.0%、Cr1.5%的高碳鉻軸承鋼自本世紀初問世，至今已有近100年的歷史。在本世紀里，科學技術迅猛發(fā)展，對軸承提出了非常苛刻的要求。在提高轉動速度、提高工作溫度的同時，還要求更高的可靠性和壽命；軸承尺寸的不斷增大，要求更高的淬透性；辦公自動化機器的出現(xiàn)，要求對小型軸承噪聲的抑制等。高碳鉻軸承鋼產量約為軸承鋼總產量的80%以上，在數(shù)量上仍占據(jù)著絕對優(yōu)勢。重型裝備軸承鋼鋼種主要2大類：高碳鉻軸承鋼和中碳滲碳鋼。軸承鋼領域的核心技術主要掌握在國外公司手中，國務院提出的16個重大技術裝備關鍵領域，15個都與軸承相關。高碳鉻軸承鋼仍為重要的主流產品含C1.0%、Cr1.5%的高碳鉻軸承鋼自本世紀初問世，至今瑞典、德國、美國和日本等都是當今世界上的軸承工業(yè)強國，應用最廣泛的是高碳鉻軸承鋼，各國軸承鋼按各自標準的牌號，如我國的GCr15，瑞典的SKF24、SKF25、SKF26、SKF27，美國的52100.3、52100.4，德國的100CrMo、100CrMo7、100CrMo8，日本的SUJ3、SUJ4、SUJ5等。我們解剖的德國FAG高鐵軸承看滾動體和套圈均為GCr15鋼，其淬火組織很均勻、尤其是碳化物顆粒細小、分布彌散。G20CrNi2Mo滲碳軸承鋼：優(yōu)質低碳合金鋼，具有切削、冷加工性能良好、耐沖擊、滲碳后耐磨、接觸疲勞壽命高等優(yōu)點。此鋼制造的軸承，除表面具有高的硬度、耐磨、高的疲勞強度、良好的尺寸穩(wěn)定性外，軸承內部還具有高的韌性，用于制造承受沖擊較大鐵路機車有優(yōu)勢。美國滲碳軸承鋼產量達到軸承鋼總產量的30%，日本為10%~15%，而我國還不到5%，用G20CrNi2Mo鋼制造的鐵路軸承，每年的需求量約為130萬套，用鋼15萬t左右，滲碳軸承鋼在我國巨大潛在市場及發(fā)展前景。我國軸承行業(yè)規(guī)定的鋼種為GCr15鋼和GCr15SiMn鋼。經全淬火，但后者殘余奧氏體含量高，不利于軸承工作中尺寸穩(wěn)定性國內外鐵路軸承用鋼品種：瑞典、德國、美國和日本等都是當今世界上的軸承工業(yè)強國，應用最高品質軸承鋼生產與質量控制系統(tǒng)工程---

技術集成軸承質量：軸承鋼質量是基礎；軸承制造技術和熱處理技術是關鍵；軸承質量控制的關鍵技術體現(xiàn)在：（1）高品質軸承鋼生產與質量控制系統(tǒng)工程技術集成；（2）潔凈鋼生產成套工藝技術；（3）凝固組織控制技術（包括連鑄坯、鑄錠、電渣錠區(qū)別化控制）；（4）軸承鋼組織均質化、性能穩(wěn)定性控制技術；（5）滿足不同服役條件下軸承鋼強韌化機制控制技術；（6）軸承鋼鋼表面質量控制技術；高品質軸承鋼生產與質量控制系統(tǒng)工程---軸承質量：軸承鋼質量（1）純凈鋼冶煉工藝技術窄成分冶煉控制技術；超低氧、低硫、低磷鋼冶煉工藝；夾雜物種類、形態(tài)與分布、細小顆?？刂?；軸承鋼夾雜物變性處理；鋼材內部及表面質量控制技術；高品質軸承鋼冶金指標全氧含量≤電渣鋼15～18ppm以下、電爐鋼8～5ppm；Ti：電渣鋼≤15PPm、電爐鋼25PPm以內；P≤0.007%，S≤0.005%；鋼液澆注前氫含量、氮含量控制；主要元素ΔC；Δsi；ΔCr；ΔMn進行窄成分控制；氧化物類夾雜物和TiN夾雜物極細化。小于5～3微米。凝固宏觀偏析指數(shù)(C,S)小于1.2～1.08%。疏松、縮孔級別均低于0.5級。無微細裂紋.（2）無缺陷均質連鑄坯(模鑄錠、電渣錠)控制技術連鑄坯（鑄錠、電渣錠）中心偏析和內部缺陷控制；凝固組織均勻性控制等軸晶比例控制連鑄坯裂紋與缺陷控制。（1）純凈鋼冶煉工藝技術高品質軸承鋼冶金指標（2）無缺陷均質（3）控軋控冷（鍛造）變形工藝—軋材均質化控制新型熱軋形變熱處理TMCP工藝；碳化物均勻細化控制軋制與控制冷卻；軋制過程組織演變規(guī)律研究及軋材組織均勻性控制技術；軋材表面質量、尺寸精度控制；軋材脫碳層控制；熱軋退火態(tài)組織控制技術。（3）控軋控冷（鍛造）變形工藝—軋材均質化控制（4）熱處理工藝優(yōu)化對淬火組織精確控制技術；滲碳層均勻度控制；表面質量控制和尺寸穩(wěn)定性控制軸承強韌化機制控制技術。熱處理組織精確控制：軸承鋼構件使用組織為回火馬氏體＋均勻分布細粒碳化物＋少量殘余奧氏體。研究表明，馬氏體含碳量為0.45％－0.50％時即由高強度，又有高的疲勞壽命；碳化物相對量為3％－6％左右時，粒度0.5－0.6μm軸承部件壽命長。軸承鋼軋材就要為其后續(xù)熱處理和軸承件生產提供組織基礎。（4）熱處理工藝優(yōu)化熱處理組織精確控制：LabofMaterialsFormingTheoryandQualityControlMSE,USTB謝謝！LabofMaterialsFormingTheor4、高品質軸承鋼需求及質量控制北京科技大學、材料學院劉雅政2011.124、高品質軸承鋼需求及質量控制北京科技大學、材料學院目錄一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求二、軸承鋼產品分類及標準三、軸承鋼質量控制關鍵技術目錄一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求1軸承現(xiàn)狀：高端軸承國內不能提供，依賴進口。軸承是國家重大技術裝備的關鍵零部件，目前轎車、高鐵、風電、精密機床、大型機械主軸配套軸承等重型裝備用的高端軸承一直是中國軸承行業(yè)的軟肋，長期依靠進口。2010年1-9月進出口量和價格相差懸殊，出口中低端產品為主，進口高端產品。a.高鐵軸承—我國高速鐵路迅猛發(fā)展，2007-2010年不到四年的功夫，運營里程達到了8358公里，占世界高鐵總里程超過30％；高鐵時速繼380公里的高速列車下線之后，又開始研發(fā)時速500公里的高速列車系統(tǒng)。時速超過200公里的高速列車軸承全部進口，被國外軸承企業(yè)壟斷：瑞典SKF、德國FAG軸承、INA軸承、日本NTN、NSK等公司。一個部件破損要整個輪對進口。2009年2月6日，日本NSK軸承公司與中國南車集團合作，成功簽下武廣高鐵30個編組的軸箱軸承訂單；2010年3月，瑞典SKF軸承宣布與中國鐵道部在原來4年合約的基礎上再續(xù)約4年；2010年10月，日本NTN軸承在中國境內最大的生產基地落戶南京，一期投資1億美元，建設用于高速鐵路、地鐵及風力發(fā)電所用軸承的生產基地。一、軸承鋼現(xiàn)狀及高品質軸承鋼需求1軸承現(xiàn)狀：高端軸承國內不SKF中國鐵路業(yè)務部副總經理黃志竟然坦言：“軸承在整個車的配置中雖然只占很小一塊，但高鐵這樣的產品項目不容任何閃失。軸承最主要的在于可靠性，安全是第一的。中國高鐵軸承市場因國有產品不足，而給外資廠商留下了較大空間，足以持續(xù)到2020年?！眹乐刂萍s了國內高速鐵路客車產業(yè)的正常發(fā)展，影響了高速鐵路客車軸承的國產化配套。未來五年鐵路軸承市場營銷總額就可達近20億元。開發(fā)高鐵軸承填補空白、頂替進口，刻不容緩。高鐵軸承組織與性能特點1.合理的硬度梯度分布：鐵路機車上的使用經驗表明，GCr15SiMn鋼種淬透性好，表層和心部的硬度幾乎相等，都可在HRC60以上。這樣的硬度分布，對承受劇烈沖擊負荷的軸箱軸承并不合適，內外套圈和滾子脆性大，沖擊韌性低，容易發(fā)生裂損；

GCr15鋼淬透性差，經適當熱處理后，表層硬度可達HRC60-63，而心部較軟，既能保證軸承有足夠的疲勞壽命與磨損壽命，又具有承受沖擊負荷的優(yōu)良性能。2.殘留奧氏體量控制：在相同的回火溫度下，GCr15SiMn鋼的殘余奧氏體含量比GCr15鋼高很多。GCr15經淬火和回火后，殘余奧氏體一般為百分之十幾，GCr15SiMn鋼熱處理后的殘余奧氏體高達百分之二十幾。較高的殘余奧氏體含量導致軸承尺寸的不穩(wěn)定，軸箱軸承常因此產生內孔直徑的脹大，使軸承與軸頸的配合過盈量得不到保證，從而出現(xiàn)透銹和弛緩現(xiàn)象。3.純凈度：氫的存在，易在鋼中形成白點，這是產生裂紋的潛在根源；氮會增加鋼的回火脆性；氧化物硬度高，而難變形的氧化物等非金屬夾雜物氧化鋁、氧化鐵等則是產生疲勞的起點。SKF中國鐵路業(yè)務部副總經理黃志竟然坦言：“軸承在整個車的配高鐵發(fā)展--運行時速在200公里以上的鐵路2007年4月18日之前，中國還沒有一條可以稱為“高速”的鐵路2010年全國鐵路營業(yè)里程達到了9.1萬公里，高鐵運營里程達到了8358公里，

占世界高鐵總里程超過30％，穩(wěn)居世界第一；幾年前，中國鐵路還以100公里左右時速“匍匐前進”現(xiàn)在，中國高鐵最高運營試驗時速達到486.1公里，堪稱“陸地飛行”“十二五”期間，2011年全國鐵路計劃基建投資7000億元人民幣到2020年我國高速鐵路里程將達1.8萬公里根據(jù)《中長期鐵路網規(guī)劃（2008年調整）》到2012年我國將建成42條高鐵客運專線總里程將超過1.3萬公里這對動車組將形成800列的新增需求；2010年10月26日，擁有自主知識產權的“和諧號”CRH308A新一代高速列車動車組最高時速達416.6公里，創(chuàng)下當時世界運營鐵路運行試驗最高速度。但這一“陸上航班”所用軸承我國均無法生產。高鐵發(fā)展--運行時速在200公里以上的鐵路2007年4月18我國軸承行業(yè)規(guī)定的高鐵軸承鋼種為GCr15鋼和GCr15SiMn鋼；對于壁厚大于12mm或外徑≥250mm的軸承套圈及直徑大于22mm的滾子，規(guī)定必須采用GCr15SiMn鋼，因為這一鋼種淬透性好，表層和心部的硬度幾乎相等，都可在HRC60以上。

但是鐵路機車上的使用經驗表明，這樣的硬度分布，對承受劇烈沖擊負荷的軸箱軸承并不合適，內外套圈和滾子脆性大，沖擊韌性低，容易發(fā)生裂損。

GCr15鋼淬透性差，經適當熱處理后，表層硬度可達HRC60-63，而心部較軟，這樣，既能保證軸承有足夠的疲勞壽命與磨損壽命，又具有承受沖擊負荷的優(yōu)良性能。研究還表明，在相同的回火溫度下，GCr15SiMn鋼的殘余奧氏體含量比GCr15鋼高很多。GCr15經淬火和普通回火后，殘余奧氏體一般為百分之十幾，而GCr15SiMn鋼熱處理后的殘余奧氏體高達百分之二十幾。較高的殘余奧氏體含量導致軸承尺寸的不穩(wěn)定，軸箱軸承常因此產生內孔直徑的脹大，使軸承與軸頸的配合過盈量得不到保證，從而出現(xiàn)透銹和弛緩現(xiàn)象。采用G20CrNi2MoA滲碳軸承鋼制造的軸承，除表面具有高的硬度、耐磨、高的疲勞強度、良好的尺寸穩(wěn)定性外，軸承內部還具有高的韌性，用于制造承受沖擊較大鐵路機車有優(yōu)勢。我國軸承行業(yè)規(guī)定的高鐵軸承鋼種為GCr15鋼和GCr15b.風電軸承的現(xiàn)狀在傳統(tǒng)能源的相對匱乏、環(huán)境壓力以及地緣政治的強烈不安全感，使得各國在發(fā)展包括風電在內的可再生能源方面不遺余力。1996年~2010年全球風電裝機容量發(fā)展趨勢圖全球風力發(fā)電裝機容量在2010年增長約為40GW，總裝機容量達到200GW到2014年將再翻一倍達到400GW歐洲計劃到2020年實現(xiàn)可再生能源占總發(fā)電量的20%，其中風電占到12%。而現(xiàn)在全球風電占總發(fā)電量的比例僅為1.19%。要實現(xiàn)12%的目標，還需要增長近10倍。每年新增風電裝機容量將保持在2000萬kW以上。歐洲風能協(xié)會在2011年3月15日在比利時首都布魯塞爾發(fā)表公報表示，歐盟計劃今后20年投資4000億歐元，以實施風電工業(yè)計劃。2030年時風能發(fā)電將占電力生產的28.5%。來源于全球風能協(xié)會《2010年各國風電裝機統(tǒng)計》未來風電有著很大的發(fā)展空間。2010年，歐洲的風電市場發(fā)展創(chuàng)下新紀錄：有308臺海上風力發(fā)電機安裝，裝機容量比2009年增加了51%。價值26億英鎊的五個風電場總裝機容量為883兆瓦(MW)，發(fā)電量可達2964MW。來源于歐洲風能協(xié)會(EWEA)

《歐洲風能產業(yè)——未來主要發(fā)展方向和2010風能數(shù)據(jù)》b.風電軸承的現(xiàn)狀在傳統(tǒng)能源的相對匱乏、環(huán)境壓力以及地緣

按照我國能源發(fā)展戰(zhàn)略，國家將大幅度提高風能、太陽能、生物質能等可再生能源在整個能源消費中的比例。在這一戰(zhàn)略的引導下，近年來我國風電產業(yè)發(fā)展很快。我國2000年~2010年風機裝機容量發(fā)展趨勢2010年中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風電機組12904;裝機容量18927.99兆瓦，同比增長73.3%，占全球新增裝機容量46.1%。累計裝機容量達44733.29兆瓦，占全球累計裝機容量的21.8%超過美國（占全球累計裝機容量20.7%），居世界第一位數(shù)據(jù)來源于中國風能協(xié)會《2010年中國風電裝機容量統(tǒng)計》2010年全球風電累計裝機容量2010年全球風電新增裝機容量到2010年底，我國風電裝機容量為4473萬千瓦，但不到可開發(fā)風能總量的2‰。預測2011年我國風電裝機容量有望達5500萬千瓦。圖片來源于全球風能協(xié)會《2010年各國風電裝機統(tǒng)計》按照我國能源發(fā)展戰(zhàn)略，國家將大幅度提高風能、太按照“十二五”規(guī)劃綱要，我國將建設陸上和海上大型風電基地，新建裝機7000萬千瓦以上。這意味著，在“十二五”期間，我國風電新增裝機將保持平均每年不低于1400萬千瓦的速度增長。我國風電開發(fā)市場潛力極為可觀。風電產業(yè)的快速增長，為風電設備的發(fā)展提供了強有力的支撐。作為風電設備的關鍵零部件之一的軸承，伴隨著風電產業(yè)的快速增長，必然引來旺盛的市場需求。

風電偏航軸承風電變漿軸承裝配示意圖風電主軸軸承風電增速器軸承目前在全球風電市場占據(jù)統(tǒng)治地位，有瑞典SKF、德國FAG、美國TIMKEN和日本NSK等。

我國對風電軸承制造方面起步較晚，在研究開發(fā)深度和工程應用經驗積累方面遠不夠。目前國內風電軸承企業(yè)的產能主要集中在技術門檻相對較低的偏航軸承和變漿軸承上，3MW以下風電設備配套軸承均可批量生產，國產替代率已達到80%以上，年產能已達4萬套以上。主軸軸承和增速器軸承的技術含量較高，還是依靠進口，只有部分企業(yè)初步介入，尚處于研制階段。開發(fā)主軸軸承和增速器軸承，頂替進口。按照“十二五”規(guī)劃綱要，我國將建設陸上和海上大b.風電軸承的現(xiàn)狀風電軸承的關鍵技術主要有：（1）設計與破損：經驗類比設計為主，受力分析與載荷譜的研究幾近空白。難點技術是針對主軸軸承的要求無故障運轉達13×104h以上、具95%以上可靠度；（齒輪箱故障中約80%左右是由軸承失效所致）。（2）防腐蝕與密封：偏航和變槳軸承部分裸露在外；（3）偏航和變槳軸承的特殊游隙要求：不定風力沖擊載荷等，偏航軸承要求小游隙；變槳軸承承受的沖擊載荷更大，葉片傳遞的振動也大，要求為零游隙或者稍負游隙，以減小滾動工作面的微動磨損。（4）偏航和變槳軸承滾道的磨削加工；（5）主軸軸承和變速器軸承的高精度加工：其中最主要是所采用的調心滾子軸承；（6）變速器軸承用保持架的改進設計；（7）檢測試驗：檢測試驗包括摩擦力矩測量、模擬試驗機和試驗規(guī)程等。國內外風電軸承用鋼（1）偏航和變漿軸承：40CrMo鋼；關鍵提高低溫沖擊功等力學性能,環(huán)境溫度-40～-30℃，工作溫度在-20℃左右；熱處理工藝：表面感應淬火的淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋（尤其是齒根部位）的控制。（2）增速器軸承和主軸軸承依靠進口：瑞典SKF、德國FAG、美國TIMKEN和日本NSK等。承受扭矩和轉速波動大、負載易突變；安裝平臺柔性變形等，與傳統(tǒng)的重載工業(yè)齒輪箱的應用環(huán)境相去甚遠。部件失效造成風力發(fā)電機停機，增速器失效所占20%左右。齒輪磨損產生的微小金屬顆粒在軸承工作表面形成壓痕，形成高的應力集中，成為疲勞源，導致剝落，縮短軸承使用壽命。b.風電軸承的現(xiàn)狀風電軸承的關鍵技術主要有：國內外風電軸承用我國機械行業(yè)標準規(guī)定：增速器軸承的套圈和滾動體采用電渣重熔冶煉的高碳鉻軸承鋼GCr15SiMn和GCr15SiMo；按《軍用高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理質量要求》的規(guī)定進行熱處理。

GCr15SiMn和GCr15SiMo鋼：（1）提高鋼的純潔度、降低夾雜物含量、改善夾雜物的性質和形態(tài)以減輕其對鋼的危害

--由于Si、Mn等元素含量提高，更容易引起鑄坯偏析，因此在冶煉中要采用有效

措施控制偏析。--非金屬夾雜物成為制約軸承鋼性能的關鍵因素；（2）應嚴格控制軸承鋼的冶金質量，并優(yōu)化設計合理的熱處理工藝，獲得合格力學性能和提高其疲勞壽命；（3）GCr15SiMn和GCr15SiMo相比，后者淬透性更好些；主軸軸承：在國產真空脫氣鋼質量尚存在一定差距的情況下，采用電渣重熔滲碳鋼ZG20Cr2Ni4A制造等。日本NSK公司開發(fā)的中碳合金鋼經碳氮共滲的STF和HTF鋼，嚴格控制碳氮共滲工藝，使零件表面得到較多的穩(wěn)定殘余奧氏體（約30%～35%）和大量細小的碳化物、碳氮化物。后者可保證表面的硬度和耐磨性，使壓痕不易形成；前者可以降低壓痕的邊緣效應，阻止疲勞源的形成和擴展，從而大大提高軸承在如增速器這樣的污染潤滑工況下的使用壽命。我國機械行業(yè)標準規(guī)定：增速器軸承的套圈和滾動體日本NSK公司c.盾構隧道掘進機軸承盾構機施工：穩(wěn)定開挖面、挖掘及排土、襯砌包括壁后灌漿三大要素。國外盾構機的占有率曾經高達95%以上。國產化替代進口是未來的目標和主要任務。到2015年以前，需要投入盾構機300臺，5年內潛在商機可能超過200億元。盾構機在既定施工段不允許失效，盾構主軸承的壽命和可靠性直接影響盾構機械的施工安全，幾乎等同于盾構機的壽命。美國TIMKEN占有份額較大，鋼種滲碳鋼G20CrNi2Mo為多。近年來，北方重工、上海隧道股份、第二重型機械集團公司、大連重工?起重集團和首鋼集團、武漢重工集團有限公司等企業(yè)也進入了盾構機裝配制造行列。主軸承承載能力、壽命和可靠性、一致性與國外同期同類產品相比，存在很大的差距，并且由于主軸承的高可靠性要求，導致盾構機國內用戶不愿采用國內軸承，完全采用進口軸承。主軸承的國產化，盾構主軸承的自主研發(fā)制造能否跟得上，將成為促進或制約我國盾構技術發(fā)展的關鍵因素。開發(fā)軸承鋼滿足盾構機主軸承要求，目標代替進口。c.盾構隧道掘進機軸承盾構機施工：穩(wěn)定開挖面、挖掘及排土、襯序號公司名稱工廠數(shù)年銷售額出口比重國際市場占有率個億元%%1瑞典SKF905096202日本NSK284443133日本KOYO17324374日本NTN27294595日本NMB222762/6美國TIMKEN242421107德國FAG622072108德國INA1615//9日本NACHI141430/10美國TORRINGTON2810//世界十大著名軸承公司基本情況近10年國外軸承知名公司近85%以上國際市場占有率。幾家公司在我國投資建廠，從軸承設計技術水平的提高，生產工藝和生產管理的規(guī)范、生產裝備水平的現(xiàn)代化、產品的質量和使用性能的提高等方面都起到了很大的推動性作用。能夠達到為這些廠提供軸承鋼材料供貨標準的我國特鋼企業(yè)只有幾個，我國軸承鋼產品大多數(shù)是處于中低檔水平；而我國重型裝備用軸承市場更是有這些知名企業(yè)的產品所占有，如高速鐵路列車軸承、高速高精密機床軸承、航空航天軸承及新能源軸承等目前都要依靠進口。軸承在工作時承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性，以及高的彈性極限。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。根據(jù)軸承使用的環(huán)境不同，相對于其服役狀態(tài)有不同的質量控制要點和要求。序號公司名稱工廠數(shù)年銷售額出口比重國際市場占有率個億元%%12.軸承鋼現(xiàn)狀軸承質量除了軸承結構設計、制造精度外，軸承用鋼是關鍵，其對軸承產品的加工質量、使用壽命和可靠性能具有至關重要的作用。我國特殊鋼生產企業(yè)有近100家，市場供大于求；產品檔次不高，能耗高，名牌產品缺，市場競爭力差。軸承鋼：幾個企業(yè)的軸承鋼得到了SKF、FAG、NSK、NTN等著名軸承公司準入；有相當數(shù)量的特殊鋼生產企業(yè)沒有掌握關鍵技術，生產的多為低附加值軸承鋼產品；技術含量較低的產品市場：供過于求，竟相壓價，虧損累累，卻是消耗了大量的能源和資源，又破壞了環(huán)境；技術含量較高的產品市場：國內高質量軸承鋼的供應僅為需求的十分之一，又主要依賴進口。軸承鋼質量嚴重影響我國下游行業(yè)的發(fā)展。特殊鋼是重大裝備制造和國家重點工程建設所需的關鍵材料，是鋼鐵材料中的高技術含量產品，其生產和應用代表了一個國家的工業(yè)化發(fā)展水平。世界約1500萬噸的特鋼貿易中，日本占到世界特鋼出口量的1/3強，我國尚不到世界特鋼出口市場的2%，都是中低檔特鋼產品?！笆濉逼陂g，國家把高品質特殊鋼作為戰(zhàn)略性新興產業(yè)，我國特鋼行業(yè)將迎來新一輪發(fā)展，這是從根本上改變我國特鋼落后面貌，整體提升我國特鋼產業(yè)技術水平和戰(zhàn)略產品研發(fā)水平的重要機遇期。2.軸承鋼現(xiàn)狀軸承質量除了軸承結構設計、制造精度外，軸承用鋼國內軸承鋼生產企業(yè)近年通過大規(guī)模的技術改造、設備更新已獲得了可喜的成績。國內軸承鋼產量增長非常迅速。2000年產量僅為71萬噸2005年則迅速增長到192萬噸，平均年增22%截止至2010年，國內32家特鋼企業(yè)生產軸承鋼293.98萬噸，同比增長37%現(xiàn)在軸承鋼產量排名世界第一軸承產量排名世界第四名副其實的軸承鋼和軸承生產大國我國是軸承鋼大國但不是軸承鋼強國在時速160公里以上動車機組中，很難見到我國的軸承鋼材在飛機等航空領域，軸承鋼材也全被發(fā)達國家所占領

中國軸承鋼材的壽命一般只有日本軸承鋼材的二分之一，有的甚至只有1/4我國軸承鋼發(fā)展現(xiàn)狀國內軸承鋼生產企業(yè)近年通過大規(guī)模的技術改造、設備更新已獲軸承——工業(yè)的心臟軸承工業(yè)——國民經濟的裝備部軸承滲透到國民經濟各個部門，每個國家軸承的需求量與國民生產總值保持一定的關系軸承的產量和質量制約著國民經濟、國防建設及科學技術現(xiàn)代化的速度和進程小尺寸軸承大尺寸軸承風電變漿軸承盾構機刀盤軸承二.軸承鋼產品分類及標準軸承——工業(yè)的心臟軸承滲透到國民經濟各個部門，每個國家軸承的軸承：具備長壽命、高精度、低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪音、高耐磨性等軸承鋼：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。軸承性能要求軸承應具有的特性對軸承材料的要求耐高荷重抗變形強度高硬度高能進行高速回轉磨擦和磨損小耐磨強度高回轉性能好回轉精度高，尺寸精度高純凈度、無效度高具有互換性尺寸穩(wěn)定性好尺寸精度高能夠長期使用具有耐久性疲勞強度高包括：高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、不銹軸承鋼及特殊工況條件下應用的特殊軸承鋼軸承鋼分類軸承：具備長壽命、高精度、低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪音、高碳鉻軸承鋼牌號化學成分（質量分數(shù)）/%CSiMnCrMoPSNiCuCu+NiO模注鋼連鑄鋼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