軸承鋼牌號、化學(xué)成分及標(biāo)準(zhǔn)對比.doc

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調(diào)研報告內(nèi)容： 1、概述（研究目的與意義） 2、該產(chǎn)品研究國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀(發(fā)展過程、現(xiàn)狀及發(fā)展前景) 3、技術(shù)、市場分析（重點介紹） 3.1 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀 （包括主要生產(chǎn)廠家、各廠家生產(chǎn)該產(chǎn)品采用的生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)格、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量狀況、現(xiàn)有及潛在用戶、市場占有情況等）（重點介紹） 3.2市場分析 （包括現(xiàn)有和潛在市場容量、產(chǎn)品規(guī)格、售價、利潤情況、主要品種、主要目標(biāo)用戶及加工工藝、技術(shù)質(zhì)量要求等） （重點介紹） 4、可行性分析 萊鋼開發(fā)生產(chǎn)該產(chǎn)品的必要性和可行性分析（主要分析萊鋼現(xiàn)有裝備和工藝條件是否滿足、產(chǎn)品利潤預(yù)測等） 5、其它： 特殊要求品種需要介紹一下鋼種定義、性能特點、主要用途、用戶個性化要求等） 1、概述（研究目的與意義） 作為合金鋼的一種,軸承鋼包括高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、不銹軸承鋼及特殊工況條件下應(yīng)用的特殊軸承鋼。目前,我國軸承鋼總產(chǎn)量已達220萬t左右,其中高碳鉻軸承鋼約占軸承鋼總產(chǎn)量的90%以上。軸承鋼是所有合金鋼中質(zhì)量要求最嚴格、檢驗項目最多、生產(chǎn)難度最大的鋼種之一，主要用于制造滾動軸承。世界公認軸承鋼的生產(chǎn)水平是一個國家冶金水平的標(biāo)志。對于一個企業(yè)來說，軸承鋼的生產(chǎn)水平也是一個企業(yè)冶金水平的標(biāo)志，縱觀國際及國內(nèi)的知名特鋼生產(chǎn)企業(yè)，無一不將軸承鋼特別是高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼作為其產(chǎn)品調(diào)整、發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要目標(biāo)。我國的一些知名特鋼生產(chǎn)企業(yè)如:興澄特鋼、東北特鋼、上海寶鋼特鋼生產(chǎn)的軸承鋼具有品質(zhì)高（通過國際知名軸承公司SKF、FAG、Timken認證），產(chǎn)量大（年產(chǎn)量基本維持在30-50萬噸的水平）等特點。 萊鋼特鋼作為一個老牌特鋼生產(chǎn)企業(yè)，目前軸承鋼生產(chǎn)只能按國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，檔次低、品種單一、產(chǎn)量低（年產(chǎn)量在1萬噸左右），與國際、國內(nèi)的知名特鋼生產(chǎn)企業(yè)相比差距明顯。根據(jù)現(xiàn)有裝備和生產(chǎn)水平，開發(fā)高品質(zhì)軸承鋼，并適當(dāng)擴大產(chǎn)量不僅對于進一步調(diào)整、優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高萊鋼特鋼產(chǎn)品的附加值及經(jīng)濟效益，增強市場競爭能力具有重要意義，而且有利于提升企業(yè)的知名度。 2、軸承鋼研究國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀(發(fā)展過程、現(xiàn)狀及發(fā)展前景) 2.1國內(nèi)外軸承鋼鋼種系列發(fā)展?fàn)顩r 軸承用鋼的質(zhì)量是所有合金鋼中要求最嚴格、檢驗項目最多的鋼種。世界公認軸承鋼的水平是一個國家冶金水平的標(biāo)志。隨著科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，軸承鋼使用條件日益惡劣，對軸承提出了非常苛刻的要求。由于軸承的工作環(huán)境、使用條件不同,除了大量生產(chǎn)高碳鉻軸承鋼外,還發(fā)展了滲碳軸承鋼、中碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼等系列鋼種。 高碳鉻軸承鋼是軸承鋼的代表鋼種,各國對之都有專用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如, ISO/FDIS683-17中納標(biāo)的高碳鉻軸承鋼鋼種有: 100Cr6、100CrMnSi4-1、100CrMnSi6-4、100CrMnSi6-6、100CrMo7、100CrMo7-3、100CrMo7-4、100CrMnMoSi8-4-6。美國的ASTM A295的高碳鉻軸承鋼包括:52100、5195、UNSK19526、1070M、5160。此外,美國對高淬透性的高碳鉻軸承鋼,有專用標(biāo)準(zhǔn) ASTM A485,其包括的鋼種有: Grade1~Grade4、100CrMnSi4-4、100CrMnSi6-4、100CrMnSi6-6、100CrMo7、100CrMo7-3、100CrMo7-4、100CrMnMoSi8-4-6。 中國的高碳鉻軸承鋼(GB/T18254-2002)包括的鋼種有: GCr15、GCr15SiMn、GCr4、GCr15SiMo、GCr18Mo。 滲碳軸承鋼的表面經(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(dān)較大的沖擊。這類鋼的最高使用溫度也一般在200℃以下。這類鋼在美國的產(chǎn)量約占軸承鋼總產(chǎn)量的30%,在中國僅占3%左右。ISO/FDIS683-17中納標(biāo)的滲碳軸承鋼鋼種有20Cr3、20Cr4、20MnCr4-2、17MnCr5、19MnCr5、15CrMo4、20CrMo4、20MnCrMo4-2、20NiCrMo2、20NiCrMo7、18CrNiMo7-6、16NiCrMo16-5。 美國的ASTM A534的滲碳鋼標(biāo)準(zhǔn)中,除了覆蓋ISO/FDIS683-17的所有鋼種外,還包括:4118H、4320H、4620H、4720H、4817H、4820H、5120H、8617H、8620H和9310H。 中國的滲碳軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)GB/T3203-82中的鋼種有: G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo。G20CrMo鋼經(jīng)滲碳、淬回火后,表層具有較高硬度和耐磨性,達到軸承材料基本要求。心部硬度較抵,有較好的韌性,適用于制作受沖擊負荷的零部件。另外還具有較高的熱強性。它與美國的4118H相近似。G20CrNiMo鋼經(jīng)滲碳或碳氮共滲后具有明顯優(yōu)于GCr15鋼的接觸疲勞壽命,表面耐磨性與GCr15鋼相近。心部有足夠的韌性。該鋼具有良好的淬透性。它是制作耐沖擊負荷軸承的良好鋼種,它與美國的8620H相近。G20CrNi2Mo鋼具有中等表面硬化性,它比G20CrNiMo鋼具有更好的淬透性和高的綜合力學(xué)性能。適用于制作鐵路火車的滾動軸承套圈,還可制作汽車的齒輪。它與美國的4320H相近。G20Cr2Ni4鋼滲碳后表面具有相當(dāng)高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度,同時心部韌性良好,能耐強烈的沖擊負荷。但對白點形成敏感,有回火脆性。適合制作耐沖擊負荷的大型軸承。G10CrNi3Mo是一種合金含量相對高的、高淬透性的表面滲碳鋼。因其含碳量較低,心部硬度不高于32~38HRC。它與美國的9310H相近。 G20Cr2Mn2Mo鋼的強度、塑性、韌性及工藝性能與G20Cr2Ni4鋼相似,其滲碳速度快,易達飽和,滲碳表面易形成粗大碳化物。用于制造高沖擊負荷下工作的特大型和大中型軸承零件。 中碳軸承鋼的開發(fā)主要為適應(yīng)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。適用于制作掘進、起重、大型機床等重型設(shè)備上用的特大尺寸軸承，一般轉(zhuǎn)速不高，但承受較大的軸向、徑向載荷及彎曲應(yīng)力等。其熱加工、冷加工性能較好,與滲碳、碳氮共滲相比較,工藝也較簡單,且同樣達到表面硬化效果,因此,近年來發(fā)展較快。ISO/FDIS683-17中納標(biāo)的中碳軸承鋼鋼種有: C56E2 (相當(dāng)于S55C或SAE1055)、56Mn4、70Mn4 (相當(dāng)于SAE1070)、43CrMo4 (相當(dāng)于SCM440或SAE4142)。美國中碳軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)ASTM A866 (2001)中,除了C56E2和56Mn4之外,還有: 1030、1040、1050、1541、1552、4130、4140、4150、5140、5150、6150和43CrMo4。這些中碳軸承鋼淬回火處理后具有高的屈強比,較高彈性極限和耐磨性能,良好的抗疲勞和抗多次沖擊性能。中國沒有專用的中碳軸承鋼。常借用于中碳軸承的中碳合金鋼鋼種有: 55、50MnA、70Mn、37CrA、65Mn、50CrVA或50CrNi、55SiMoVA、50SiMo、50CrNiMo或SAE8660。 不銹軸承鋼主要為適應(yīng)化工、石油、造船、食品工業(yè)等的需要而發(fā)展起來的,用于制造在腐蝕環(huán)境下工作的軸承及某些部件,也可用于制造低摩擦、低扭矩儀器、儀表的微型精密軸承。不銹軸承鋼主要有:中、高碳馬氏體不銹鋼、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。 ISO/FDIS683-17中納標(biāo)的不銹軸承鋼鋼種有: X47Cr14、X65Cr14、X108CrMo17 (相當(dāng)于ASTM440C)、X90CrMoV18-1。美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM A756中的不銹軸承鋼有:440C和440CMOD。中國不銹軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)GB3086中的鋼種為9Cr18 (相當(dāng)ASTM440C)和9Cr18Mo。 隨著航空、航天工業(yè)的發(fā)展,噴氣發(fā)動機、燃汽輪機和宇航飛行器的制造的要求越來越高,軸承的工作溫度越來越高,甚至高于300℃。這樣,高溫軸承鋼應(yīng)運而生。高溫軸承鋼應(yīng)具有高的高溫硬度(大于50HRC)、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。其中前兩項為選擇高溫軸承鋼材料的主要指標(biāo)。高溫軸承鋼可分為:高溫不銹軸承鋼、高溫高速工具鋼、高溫滲碳軸承鋼。ISO/FDIS683-17中納標(biāo)的高溫軸承鋼鋼種有:80MoCrV42-16、X82WmoCrV6-5-4、X75WCrV18-4-1。美國的高速工具鋼標(biāo)準(zhǔn)ASTM A600(1999)中的T1、M2、M50等鋼種可作為高溫軸承鋼使用。中國高溫軸承鋼的標(biāo)準(zhǔn)GB3086中的鋼種為: 8Cr4Mo4V和10Cr14Mo4。8Cr4Mo4V是一種含Mo的高溫不銹鋼,在ASTMA600標(biāo)準(zhǔn)中相當(dāng)于M50,也是各國廣泛使用的一種高溫軸承鋼,具有較好的高溫硬度和高溫尺寸穩(wěn)定性,并且有高的高溫接觸疲勞性能。可以制造工作溫度在315℃以下使用的軸承。主要用于飛機、艦艇發(fā)動機軸承、冶金、化工和原子能工業(yè)中高溫設(shè)備軸承。10Cr14Mo4鋼是9Cr18Mo的改進鋼種，其增加了Mo量,減少了Cr量,使其高溫硬度和耐磨性提高,使用溫度可達480℃。中國高溫軸承鋼系中的高速工具鋼的鋼種有Cr4Mo4V和W18Cr4V。前者相當(dāng)于美國的M50,因綜合性能好和合金元素含量低而廣泛使用,它在耐磨性、高溫硬度和抗氧化性等方面與10Cr14Mo4相當(dāng),作為中級高溫軸承材料可以制造工作溫度在315℃以下使用的軸承。后者相當(dāng)于ASTMA600中的T1,適用于更高溫度和更好的高溫硬度下工作的軸承。中國高溫軸承鋼系中還沒有合適的滲碳高溫鋼。 2.2軸承鋼鋼種的發(fā)展動向 對于高碳鉻軸承鋼來講,主要是提高鋼材的純潔度和鋼中碳化物的充分均勻化。氧化物夾雜是軸承鋼中最具危害性的,對疲勞破壞有顯著的影響。氧含量越高,不僅造成氧化物夾雜數(shù)量增多,而且氧化物夾雜尺寸增大,偏析嚴重,夾雜級別增高,對疲勞壽命的危害也就加劇。在21世紀的今天,冶金材料工作者正在為鋼中氧含量接近2-3μg/g這樣的極限值的新目標(biāo)而努力。當(dāng)前,人們關(guān)注的另一個體現(xiàn)軸承鋼清潔度的熱點是鋼中鈦含量的水平。SKF公司的試驗表明:鈦含量從40μg/g降到10μg/g ,能使壽命提高約2倍。日本某公司的試驗表明:如果能控制在12μg/g以下,微型軸承可達到靜音的運轉(zhuǎn)效果。因此,要努力降低鋼中的鈦。目前,希望軸承鋼鋼中鈦含量在6μg/g以下。另外，除了控制高純潔度鋼水中的非金屬夾雜物的數(shù)量之外,還需控制其形態(tài)與分布。在鋼中碳化物的控制方面,通過控軋或軋后快冷基本消除了高碳鉻軸承鋼網(wǎng)狀碳化物,獲得了合適的預(yù)備組織。這在縮短球化退火時間、細化碳化物、提高疲勞壽命等方面都取得了適用性 效果。前蘇聯(lián)和日本的研究動向之一是低溫控軋(800-850℃以下),軋后不經(jīng)水冷,采用空冷后短時間退火,或完全取消球化退火工藝,就可得到合格的組織。動向之二是650℃加工。高碳鉻軸承鋼熱加工前若具有細晶粒組織或在加工過程能形成細晶粒,則在一定變形速率下,呈現(xiàn)出超塑性。 在提高球化退火質(zhì)量并獲得細小、均勻、球形的碳化物以及縮短退火時間或取消球化退火工序的研究方面有了進展。軸承鋼盤條采用兩次組織退火,將拉拔后的720-730℃再結(jié)晶退火改為760℃的組織退火。這樣可得到硬度低、球化好、無網(wǎng)狀碳化物的組織。這在縮短球化退火時間、細化碳化物、提高疲勞壽命等方面都取得了適用性效果。 滲碳軸承鋼和中碳軸承鋼,除了提高鋼材的純潔度外,為滿足用戶特殊環(huán)境下的長壽命化的需求,要開發(fā)特殊工況條件下的新鋼種。 不銹軸承鋼,主要是致力于耐蝕性和耐熱性的多用途化條件下的馬氏體不銹鋼的開發(fā)。對于高溫軸承鋼來講,重點是航空、宇航等高溫用軸承鋼的開發(fā)。另一方面,現(xiàn)有的高溫軸承鋼系中的高碳高溫不銹鋼、高速鋼都因合金元素含量高而價格昂貴,特別是高速鋼類高溫軸承鋼的車削、磨削加工以及熱處理都給軸承制造帶來一定困難。為此,美國研制出一種性能良好的滲碳高溫軸承鋼。這種鋼的退火硬度HB不大于192,可直接在最佳淬火溫度1149℃下滲碳,而獲得最快的滲碳效果,也可在較低溫度下,如927℃滲碳,表面滲碳量可達0.80%-1.40%。該鋼種適用于制造427-482℃下連續(xù)運轉(zhuǎn)的軸承零件,還可用于制造538℃下間歇工作的軸承零件。目前,國外發(fā)展的幾個滲碳高溫軸承鋼鋼種有: CBS600、CBS1000、M315等。我國已開發(fā)軸承鋼鋼種牌號、成分及與國外軸承鋼牌號對比分布見表2及表3。 表2 我國已開發(fā)主要軸承鋼鋼種牌號、成分統(tǒng)計 高碳鉻軸承鋼 GB/T18254-2002 牌號 化學(xué)成分/% C Si Mn Cr Mo P S Ni Cu Ni ＋Cu O≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 模鑄 連鑄 GCr4 0.95 0.15 0.15 0.35 0.08 0.025 0.02 0.25 0.2 0.0015 0.0012 1.05 0.3 0.3 0.5 GCr15 0.95 0.15 0.25 0.35 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 0.0015 0.0012 1.05 0.35 0.45 0.5 GCr15SiMn 0.95 0.45 0.95 1.4 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 0.0015 0.0012 1.05 0.75 1.25 1.65 GCr15SiMo 0.95 0.45 0.95 1.4 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 0.0015 0.0012 1.05 0.75 1.25 1.65 GCr18Mo 0.95 0.45 0.95 1.4 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 0.0015 0.0012 1.05 0.75 1.25 1.65 另:根據(jù)需方要求，并在合同中注明，供方應(yīng)分析Sn、As、Sb、Pb、Al等殘余元素，具體指標(biāo)雙方協(xié)商。軸承管用鋼Cu≤0.20%，盤條用鋼S≤0.020%，鋼坯及鋼材的化學(xué)成分允許偏差C±0.03、Si±0.02、Mn±0.03、Cr±0.05、P＋0.005、S＋0.005、Ni±0.03、Cu±0.02、Mo≤0.10%時，±0.01；Mo＞0.10%時，±0.02。需方可按爐批對鋼坯及鋼材進行成品分析。 滲碳軸承鋼 GB/T3203-1982 G20CrMo 0.17 0.2 0.65 0.35 0.08 0.03 0.03 0.25 0.23 0.35 0.95 0.65 0.15 G20CrNiMo 0.17 0.15 0.6 0.35 0.15 0.03 0.03 0.4 0.25 0.23 0.4 0.9 0.65 0.3 0.7 G20CrNi2Mo 0.17 0.15 0.4 0.35 0.2 0.03 0.03 1.6 0.25 0.23 0.4 0.7 0.65 0.3 2 G20Cr2Ni4 0.17 0.15 0.3 1.25 0.03 0.03 3.25 0.25 0.23 0.4 0.6 1.75 3.75 G10CrNi3Mo 0.08 0.15 0.4 1 0.08 0.03 0.03 3 0.25 0.13 0.4 0.7 1.4 0.15 3.5 G20Cr2Mn2Mo 0.17 0.15 1.3 1.7 0.2 0.03 0.03 ≤0.30 0.25 0.23 1.6 2 0.3 另:滲碳軸承鋼按高級優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)時，其硫、磷含量應(yīng)≤0.020%，鋼材的化學(xué)成分允許偏差C±0.02、Si±0.03、Mn±0.04、Cr±0.05、P＋0.005、S＋0.005、Ni±0.05、Cu±0.05、Mo±0.02。 不銹軸承鋼 GB/T3806-1982 牌號 化學(xué)成分/% C Si Mn Cr Mo P S Ni Cu Ni ＋Cu O≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 模鑄 連鑄 9Cr18 0.9 ≤0.80 ≤0.80 17 0.035 0.03 0.3 0.25 0.5 1 19 9Cr18Mo 0.95 ≤0.80 ≤0.80 16 0.4 0.7 0.035 0.03 0.3 0.25 0.5 1.1 18 另：鋼坯及鋼材的化學(xué)成分允許偏差Cr±0.15、Mo±0.03。 中碳軸承鋼 37CrA 0.34 0.17 0.50 0.80 0.41 0.37 0.80 1.10 65Mn 0.62 0.17 0.90 0.3 0.25 0.70 0.37 1.00 0.25 50CrVA 0.47 0.17 0.50 0.80 V 0.54 0.37 0.80 1.10 0.10-0.20 50CrNi 0.47 0.17 0.50 0.45 1.0 0.54 0.37 0.80 0.75 1.4 55SiMoVA 50CrNiMo 高碳鉻軸承鋼 YJZ84 GCr6 　 1.05 0.15 0.2 0.4 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 1.15 0.35 0.4 0.7 GCr9 　 1 0.15 0.25 0.9 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 1.1 0.35 0.45 1.2 GCr9SiMn 　 1 0.45 0.95 0.9 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 1.1 0.75 1.25 1.2 GCr15 0.95 0.15 0.25 0.35 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 　 　 1.05 0.35 0.45 0.5 GCr15SiMn 0.95 0.45 0.95 1.4 0.1 0.025 0.025 0.3 0.25 0.5 　 　 1.05 0.75 1.25 1.65 另：鋼坯及鋼材的化學(xué)成分允許偏差C±0.03、Si±0.02、Mn±0.03、Cr±0.05、P＋0.005、S＋0.005、Ni±0.03、Cu±0.02、Mo≤0.10%時，±0.01；Mo＞0.10%時，±0.02。需方可按爐批對鋼坯及鋼材進行成品分析。 高溫軸承鋼 8Cr4Mo4V 0.75 ≤ ≤ 3.75 4.0 4.5 0.015 0.008 0.2 0.2 V 0.85 0.35 0.35 4.25 0.90—1.10 G13CrMo4-NiV 0.11 0.10 0.15 4.00 4.0 4.5 0.015 0.01 V 0.15 0.25 0.35 4.25 1.13—1.33 表3 國內(nèi)外軸承鋼牌號對比表 高碳鉻軸承鋼 中國 美國 德國 日本 法國 國際 瑞典 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 標(biāo)準(zhǔn)號 牌號 GB/T18254 GCr9 ASTM A295 S1100 DIN17230 JIS G4805 SUJ1 NF A35-565 ISO683-17 SKF D33 SKF13 GCr9SiMn ASTM A485 Cr1 SUJ3 2 SKF1 GCr15 ASTM A295 S2100 100Cr6 SUJ2 100Cr6 1 SKF3 GCr15SiMn ASTM A295 S2100 100CrMn6 SUJ2 100CM6 3 SKF2 不銹軸承鋼 GB/T18254 9Cr18 ASTM A756 JIS G4805 SUS440C NF A35-565 ISO683-17 SKF D33 9Cr18Mo SUS440C Z100CD17 21 SKF577 高溫軸承鋼 YB/T 688 8Cr4Mo4V ASTM A600 M50 ISO683-17 30 10Cr14Mo4 Cr14Mo4 中碳軸承鋼 GB/T3203 G20CrMo ASTM A534 4118H JIS G4103 NF A35-565 ISO683-17 SKF D33 G20CrNiMo 8620H SNCM220 20NCD2 12 SKF152 G20CrNi2Mo 4320H SNCM420 20NCD7 14 G20Cr2Ni4 G10CrNi3Mo 9310H G20Cr2Mn2Mo 中碳軸承鋼 ASTM A866 C56E2 ISO683-17 C56E2 56Mn4 56Mn4 56Mn4 56Mn4 3.技術(shù)、市場分析（重點介紹） 3.1軸承的工作環(huán)境及對軸承、軸承鋼的性能要求 3.1.1軸承的工作環(huán)境及對軸承的性能要求 軸承是由內(nèi)、外套圈、滾動體（滾珠、滾柱或滾針）和保持器四部分組成，除保持器外，其余都是由軸承鋼組成。當(dāng)軸承工作時，軸承內(nèi)、外套圈，軸承滾動體間承受高頻、變應(yīng)力的作用。軸承的工作條件十分復(fù)雜。載荷集中作用在滾動體的很小面積上。理論上講對于滾珠，作用在一點上；而對于滾柱則作用在一條線上，并且滾動體與套圈間接觸面積也很小（呈點/線接觸），因此軸承零件在工作時，其滾動體和套圈表面的單位面積上要承受很大的壓力，一般高達1500－5000N/mm2；軸承旋轉(zhuǎn)時，還要承受離心力的作用，作用力隨轉(zhuǎn)速的增加而增大；滾動體和套圈間不僅存在滾動，而且還有滑動，所以在滾動體與套圈之間還存在著摩擦。在以上幾種力的綜合作用下，在套圈或滾動體的表面上抗疲勞強度低的部位首先產(chǎn)生疲勞裂紋，最后形成疲勞剝落，使軸承破損失效。軸承正常的破損形式是接觸疲勞損壞，常見的還有塑性變形、壓痕、磨損、裂紋等。 軸承的壽命和可靠性雖然與軸承的設(shè)計、加工制造、潤滑條件、安裝、維護保養(yǎng)等因素有關(guān)，但軸承材料的高質(zhì)量和可靠性是關(guān)鍵。滾動軸承零件要在拉伸、壓縮、彎曲、剪切、交變等復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)和高應(yīng)力值之下，高速而長時間地工作。因此，對滾動軸承要求具有： ????1）高的抗塑性變形能力， ????2）高的抗摩擦、磨損性能， ????3）高的旋轉(zhuǎn)精度及尺寸精度， ????4）好的尺寸穩(wěn)定性， ????5）長的使用壽命和高的可靠性。 對于在特殊條件下工作的軸承，還有特殊要求，如耐高溫性能、耐低溫性能、防腐蝕性能和抗磁性能等 等。 3.1.2軸承鋼材料及冶金質(zhì)量性能要求 為了滿足以上對動軸承的性能的要求，對軸承鋼材料提出了以下一些基本的性能要求： ????1）高的接觸疲勞強度， ????2）熱處理后應(yīng)具有高的硬度或能滿足軸承使用性能要求的硬度， ????3）高的耐磨性、低的摩擦系數(shù)， ????4）高的彈性極限， ????5）良好的沖擊韌性和斷裂韌性， ????6）良好的尺寸穩(wěn)定性， ????7）良好的防銹性能， ????8）良好的冷、熱加工性能。 　　　根據(jù)以上對軸承用鋼的基本要求，對軸承用鋼的冶金質(zhì)量提出以下的基本要求； 　　①嚴格的化學(xué)成分要求； 　?、谳^高的尺寸精度要求，對于使用在高速鐓鍛機上鍛造的熱軋退火棒料，應(yīng)該對其尺寸精度有更高的要求； 　　③特別嚴格的純潔度要求； 　　④嚴格的低倍組織和顯微（高倍）組織要求； 　?、萏貏e嚴格的表面缺陷和內(nèi)部缺陷要求：表面缺陷包括表面裂紋、表面夾渣、毛刺、折迭、結(jié)疤、氧化皮等；內(nèi)部缺陷包括縮孔、氣泡、白點、過燒、嚴重的疏松和偏析、顯微孔隙等； 　?、迖栏竦奶蓟锊痪鶆蛐砸螅? 　?、邍栏竦谋砻婷撎紝由疃纫螅? 　?、嗥渌螅豪巛S承鋼的冶煉方法、氧含量、退火硬度、斷口、殘余元素、火花檢驗、交貨狀態(tài)等。 3.2影響軸承鋼質(zhì)量因素分析 鋼的冶煉水平是軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量好壞的先決條件。鋼中的氧含量、成分偏析，夾雜物數(shù)量及分布，大顆粒碳化物的狀況是影響軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的重要冶金因素。 3.2.1氧 圖2 氧含量與壽命的關(guān)系 瑞典SKF公司和日本山陽特殊鋼公司對軸承鋼氧含量與疲勞壽命的關(guān)系，做過大量的試驗研究工作，得出了明確的結(jié)論，見圖1～2。Lund.T.等認為疲勞壽命與氧含量的關(guān)系為L10(相對壽命)=372〔O〕－1.6，即二次精煉鋼（氧含量為10×10－6）的疲勞壽命是大氣下熔煉鋼（氧含量為40×10－6）的10倍。上杉年一認為：精煉鋼氧含量降到5×10－6，其疲勞壽命是非精煉鋼的30倍，與真空自耗和電渣重熔鋼相當(dāng)。大冶特殊鋼股份有限公司近年來對此也做過一系列試驗[15]，結(jié)果表明，當(dāng)精煉鋼中氧含量降到20×10－6時，疲勞壽命是電弧爐大氣下熔煉鋼（氧含量為30×10－6）的1.5倍，15×10－6是2.0倍，8×10－6是3.0倍，接近電渣重熔鋼的水平（見圖2）軸承鋼中的氧含量與疲勞壽命之間的關(guān)系，國內(nèi)外的試驗結(jié)果大體一致。但是應(yīng)當(dāng)指出的是，氧含量與疲勞壽命的關(guān)系是辯證的關(guān)系，不是絕對的，因為鋼中氧含量的高低，實際上只能代表鋼中氧化物夾雜數(shù)量的多少，它不能代表硫化物和氮化物量的高低，更不用說夾雜物的尺寸及分布了。通常，一個軸承件的破壞，往往是由許多夾雜物中的一個大型夾雜物引起。這些夾雜物有硫化物（A類）、氧化物（B、C、D類）和氮化物。從這個意義上說，夾雜物的尺寸與分布對疲勞壽命影響最大。因此，不同的冶煉方法，氧含量即使相同，其疲勞壽命也完全不一樣。圖2表示各種不同煉鋼方法生產(chǎn)的軸承鋼彎曲疲勞極限與氧含量的關(guān)系，可以看出氧含量大約為20×10－6的鋼材（LD＋RH）疲勞極限相當(dāng)好，而采用硅鈣處理的鋼材(EF＋RH)盡管氧含量很低，5~10×10－6，由于其形成了危害嚴重的CaO類夾雜，疲勞極限并不高，冶鋼公司的試驗也證明了這一點，雖然電渣重熔鋼的氧含量(18.6×10－6)和夾雜物含量較高，但它的夾雜尺寸細小，分布均勻，它的疲勞壽命比低氧含量(8.2×10－6)爐外精煉鋼高。據(jù)此，只能將氧含量看作是特定工藝范圍內(nèi)疲勞極限的一個相關(guān)參數(shù)。只有在同一冶煉方法和大量試驗條件下，才有可能確定氧含量和疲勞性能之間的關(guān)系。 圖2 不同煉鋼工藝的GCr15鋼中總氧含 量與彎曲疲勞極限的關(guān)系 3.2.2硫 峰公雄認為：，硫?qū)π阅軟]有影響。關(guān)于硫?qū)ζ趬勖挠绊?，目前還存在著意見分歧，歸納起來有以下三種觀點：一種認為適當(dāng)提高鋼中硫化物含量有利于壽命的提高；另一種觀點認為硫化物含量增加會降低壽命；還有一種觀點則認為硫化物含量與疲勞壽命關(guān)系不大。認為硫化物有益的觀點，常用“共生理論”來解釋。這種理論認為鋼液在凝固過程中，低熔點的硫化物粘附在氧化物表面上，形成硫化物包圍氧化物的共生夾雜，它能夠松弛拉應(yīng)力，并能夠進行協(xié)調(diào)變形，從而減少氧化物的有害作用，但是這種理論是建立在鋼中氧化物夾雜較多的前提下。但必須看到，這些觀點只在有限的條件下才值得重視。一方面，是因為硫化物包覆氧化物并非僅靠控制氧硫比就一定能實現(xiàn)。凝固速率也會影響硫化物在氧化物上析出的過程。在熱加工和熱處理溫度下，已形成的硫化物“膜”有可能部分再次溶于鋼的基體。由于硫化物和氧化物變形抗力的差異，熱加工時“膜”還可能被擠掉，這些因素對高硫軸承鋼壽命測定值分散度大看來是有影響的。另一方面，所謂用硫化物包覆氧化物可提高滾珠軸承的壽命只是相對的。即硫化物的危害性相對于氧化物的較小一些。然而不可否認它也是雜質(zhì)，同樣也會破壞鋼基體組織的連續(xù)性與均勻性。隨著酸性平爐的逐漸淘汰及爐外精煉技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在滾珠軸承鋼的含氧量水平已可降到5×10－6，氧化物夾雜大大減少。Cogne等指出[18]：在這種條件下硫化物的破壞作用自然也就會顯現(xiàn)出來(見圖3)。Tardy等發(fā)現(xiàn)實際但值得注意：硫與氧相似，它也只能代表鋼中硫化物夾雜的數(shù)量，不能代表其尺寸和分布。這是由于鋼中硫化物含量較低，絕不意味著大顆粒夾雜物完全消失，因為鋼在凝固過程中，夾雜物存在著聚集、長大的條件。特別是硫化物夾雜，由于它容易產(chǎn)生偏析，其尺寸的大小與鋼錠的重量、鋼液的澆鑄溫度更為密切。例如日本山陽特殊鋼公司已將鋼中的硫含量降到了很低的程度(0.002％)，但它的硫化物級別并不很低，平均為1.34級。現(xiàn)在有些特殊用鋼，為了有利于切削加工，要求鋼中含有一定數(shù)量的硫(0.02~0.06％)，同時要求其硫化物細小分散，級別要低。因為要改善鋼中硫化物的尺寸和分布，使其變得細小分散，必須注意凝固條件，應(yīng)盡量將澆鑄溫度降低，以減少硫化物偏析。上有兩個影響因素：[%O]和[%O]/[%S]。[%O]/[%S]恒定，[%O]低者其接觸疲勞壽命高。 圖3 夾雜物類型對軸承鋼的有害程度 3.2.3鈣 鈣在軸承鋼中主要是以鋁酸鈣、硅鋁酸鈣、硫化鈣等形式存在。這種夾雜物與其它夾雜物不同，熱加工時既不變形，也不會破碎。在球狀夾雜兩側(cè)經(jīng)常可以看到“孔穴”，此處較易造成應(yīng)力裂紋。在氧含量很低的軸承鋼中，鈣可部分替代硫化錳中的錳。富鈣硫化物的韌性很差，同氧化物相似，起產(chǎn)生裂紋的作用。 含CaO的點狀夾雜物經(jīng)常是軸承鋼產(chǎn)生裂紋的源泉，佩特爾森(Peterson)根椐點狀夾雜就是裂紋的假設(shè)。提出了下列疲勞極限與夾雜尺寸的關(guān)系式： (1)式中：SN：疲勞極限，MN/m2 Rm：材料的抗拉強度，MN/m2； a： 點狀夾雜的周長，um； R：點狀夾雜的半徑，um。利用上式所作的預(yù)測值和實測結(jié)果基本吻合，由此證明點狀夾雜的確是軸承疲勞壽命降低的直接原因，夾雜尺寸愈大，疲勞壽命愈短。對有些鋼種而言，為了提高鋼材的機械加工性能，并改善非金屬夾雜物的形態(tài)與分布，在冶煉過程中有意向鋼中加鈣。但對軸承鋼而言，殘留鈣不是有意添加的，而是來源于與鋼水接觸的熔渣和爐襯。軸承鋼如果采用Ca或Ca－Si脫氧，鋼中必將產(chǎn)生危害性極大的D類球狀夾雜物，使其疲勞壽命大幅度降低。因此，在很多國家的軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定(如瑞典SKF、美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)等)，不能用Ca或Ca－Si脫氧。 3.2.4其它殘余元素 關(guān)于滾珠軸承鋼中的有害元素，除了氧、硫、鈣之外，近來鈦與氮也備受關(guān)注，因為它引入TiN夾雜，其危害甚至比等粒度的剛玉更大(見圖5)。Cogne等和坪田等認為Ti含量超過30~50×10－6時疲勞壽命開始下降。關(guān)于軸承鋼中氮和鈦形成氮化鈦夾雜的條件以及如何控制氮化鈦的尺寸和分布還沒有文獻報道，有待今后研究。 由于沒有可靠的檢測方法，對于殘余元素如砷、鉍、鉛、銻和錫等對軸承鋼壽命的影響報導(dǎo)很少。對于雜質(zhì)元素鋁、銅、鉬、鎳、釩與軸承疲勞壽命間的關(guān)系研究表明[14]：為了獲得高疲勞壽命的軸承鋼，其雜質(zhì)元素的相對量必須符合下述條件。 滾珠軸承鋼有白點敏感性，鋼中氫增加會導(dǎo)致疲勞壽命下降。磷會促進加熱時晶粒的長大，使鋼脆性增加而強度降低，易于在淬火時開裂。鎳會降低滾珠軸承淬火層的硬度。銅會引起失效。 由于殘余元素的有害作用，為了提高軸承鋼質(zhì)量，國外在標(biāo)準(zhǔn)中對殘余元素有明確的規(guī)定，如SKF D33“SKF3熱軋球化退火鋼棒”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定Ti≤30ppm；As≤0.04%；Sn≤0.04%；Sb≤0.03%；Pb≤0.002%；T.O≤0.0015%。在80年代末90年代初，德國FAG軸承公司、日本NTN和NSK等公司的軸承鋼交貨標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ti≤30ppm、T.O≤15ppm、[S]≤0.008%。 3.2.5夾雜物 1）夾雜物類型和數(shù)量對疲勞壽命的影響 鋼中的非金屬夾雜物，破壞了金屬的連續(xù)性和均勻性。在交變應(yīng)力的作用下，易于引起應(yīng)力集中，成為疲勞裂紋源，降低鋼的疲勞壽命。但是不同的夾雜物類型、形態(tài)、數(shù)量、尺寸和分布，對鋼的疲勞壽命影響是不相同的。不同類型的夾雜物在軋制時表現(xiàn)為不同的形狀。脆性夾雜物(如Al2O3夾雜)一般沿軋制方向排列成串狀或點鏈狀；塑性夾雜物(如硫化物)呈連續(xù)性分布；點狀(或球狀)夾雜物在熱加工時不變形；即不同類型的夾雜物，具有不同的熱應(yīng)力變形能力。硬脆夾雜物不具有塑性，在加工和使用過程中難以變形，構(gòu)成應(yīng)力集中，使疲勞裂紋萌生期縮短，影響了疲勞性能的提高。有時在變形時，這些夾雜物還能將鋼的基體劃傷。顯微觀察表明，在點狀不變形夾雜物的周圍，常常發(fā)現(xiàn)有喇叭形的空洞和裂紋。這種空洞引起“劃傷”往往就是疲勞破壞的“胚芽”，因此點狀夾雜物危害極大。大量的試驗工作證實了脆硬夾雜物的危害性。圖4是含D類(點狀)和B類(Al2O3)夾雜物鋼的彎曲旋轉(zhuǎn)疲勞性能與失效率的關(guān)系。從圖中可以看出，D類夾雜物比B類夾雜物的危害大得多。氮化鈦夾雜物也是一種具有規(guī)則外形的硬而脆的夾雜物，氮化鈦夾雜甚至比氧化物更為有害。與脆硬性夾雜物相比，塑性夾雜在熱變形時，能夠與基體協(xié)調(diào)一致的變形，不會導(dǎo)致嚴重的局部應(yīng)力集中，使疲勞裂紋萌生期延長，因而塑性夾雜物對疲勞壽命的影響遠遠小于脆硬性夾雜物。 以上說明，非金屬夾雜物對軸承鋼性能的有害影響因素，歸納起來，可以分為兩個方面。首先是夾雜物的種類和數(shù)量，其次是它們的幾何性因子(粒度、形狀、分布等)。 圖4 D型和B型夾雜的彎曲疲勞 強度的失效分布 2）夾雜物尺寸和分布對疲勞壽命的影響 關(guān)于夾雜物的幾何性因子對滾珠軸承接觸疲勞壽命的影響，歷來試驗結(jié)果和理論分析是一致的。分布越均勻越好。因為每個夾雜物周圍都有應(yīng)力場，兩夾雜物過于靠近則兩應(yīng)力場就會疊加起來。形狀越尖銳或粒度越大越不利，因為應(yīng)力集中系數(shù)較大。這種觀點不錯，但再深入一步，還要看到夾雜的幾何性因子在某種程度上是由夾雜類型決定的，例如剛玉常呈點鏈狀分布或簇狀分布的碎屑。 綜上所述，夾雜物對疲勞壽命的影響是一個復(fù)雜的課題，它包括夾雜物的數(shù)量、成份、形貌、尺寸和分布等的影響。有時甚至后者影響更大，因為通常一個軸承件的破壞，往往是由許多夾雜物中的一個大型夾雜物所引起的；夾雜物的形狀多種多樣，有圓形和方形，有條狀、角狀和鏈狀等不規(guī)則形狀。一般認為細條狀塑性夾雜物的危害小，尖棱狀硬脆性夾雜危害最大，因為它容易劃傷金屬基體和引起應(yīng)力集中。同一個夾雜物，由于離開表面的距離不同，其影響程度也不一樣。一般認為，裂紋出現(xiàn)在切應(yīng)力最大處(離表面約0.35~0.55mm)。夾雜物離開這個位置越遠，其危害就越小。夾雜物粒度對軸承壽命的影響，也會隨夾雜的位置不同而有所區(qū)別。因此為了改善軸承鋼的質(zhì)量，應(yīng)盡量將鋼的各類夾雜物(包括A、B、C、D類和氮化物)含量降低，尺寸變小，分布更均勻，最終達到提高軸承壽命的目的。 3.2.6碳化物 碳化物對疲勞壽命的影響是十分明顯的。特別是隨著冶煉、澆鑄等技術(shù)的進步，在鋼中氧含量及氧化物夾雜含量極低的情況下，碳化物的作用就顯得更為重要了。 1）碳化物顆粒大小及分布的影響 碳化物的顆粒大小、形狀、數(shù)量及分布狀況都影響疲勞壽命。軸承廠要求軸承鋼材中碳化物顆粒細小，形狀規(guī)則，而且分布均勻。當(dāng)存在粗顆粒碳化物時，鋼的淬硬值、壓壞值、轉(zhuǎn)動疲勞壽命都要惡化。J.E.梅雷廷恩和J.F.修厄爾在測定疲勞壽命與碳化物顆粒大小與分布的關(guān)系的試驗中發(fā)現(xiàn)，碳化物細小，分布均勻，疲勞壽命較好(見圖7)。對于碳化物的不均勻性常用碳化物顆粒平均間距(MSP)來衡量，日本不二越鋼廠在研究軸承鋼的碳化物時，測定了MSP與疲勞壽命的關(guān)系，并建立起碳化物顆粒平均距離(MSP)與疲勞壽命的回歸方程： Y=435.12×106－98.25×106 χ (8) 式中：Y：疲勞壽命； χ：碳化物顆粒平均距離，um。 圖7 細小或粗大球化退火組織的疲勞結(jié)果 線A－細小球化組織的；線B－粗大球化組織的 文獻[40~42]報道用型號6305的滾動軸承的內(nèi)外套圈作試樣[40]，在承受徑向交變負荷的壽命試樣機上做了試驗。結(jié)果表明，碳化物顆粒最大和最小兩者之間的平均壽命相差大約2.0倍。用碳化物顆粒為0.9~1.4um的各種環(huán)形試樣作壽命試驗，結(jié)論是：碳化物顆粒間平均距離對數(shù)的倒數(shù)和疲勞壽命呈直線關(guān)系，即碳化物顆粒越細小，壽命越高。大澤近藤也做了同樣的試驗，得出結(jié)論：具有細球狀碳化物(平均直徑0.5~1.0um)材料壽命為粗顆粒碳化物(平均直徑2.5~3.5um)材料的1.5倍。也有人用平均碳化物顆粒分別為0.6um和1.4um的細顆粒和粗顆粒碳化物的鋼，將馬氏體含碳量固定在0.5%，做推力片壽命試驗，試驗結(jié)果表明：細顆粒材料比粗顆粒材料顯著要好，平均壽命(L50)大約為2.5∶1，之所以粗顆粒碳化物比細顆粒碳化物壽命差，他們認為：軸承鋼在淬火溫度下，奧氏體的含碳量不是充分均勻的。在碳化物附近的奧氏體和遠離碳化物的奧氏體之間存在著碳的濃度差。碳化物顆粒越大，這種濃度差也越大。而濃度高和濃度低的地方壽命都不好，這樣平均壽命自然也低。 2）帶狀碳化物的影響 碳化物帶狀是鋼液在凝固過程中形成的結(jié)晶偏析（晶間偏析），造成碳高低濃度不同的偏析帶，軋制延伸后，冷卻過程中高濃度區(qū)域析出大量過剩的二次碳化物，從而形成黑白（高低碳）相間的碳化物條帶狀組織。鋼錠或鑄坯的最后凝固區(qū)、富集著大量的合金元素及硫磷等雜質(zhì)，是非金屬夾雜物和碳化物最為聚集的區(qū)域。冷卻過程中碳化物析出的總量和分布狀態(tài)，主要取決于原始偏析程度。隨著碳化物帶狀偏析的加劇，熱處理的裂紋敏感性增強，高低碳帶之間的顯微硬度差增大，影響接觸疲勞壽命。 前蘇聯(lián)學(xué)者研究了帶狀碳化物對軸承鋼疲勞壽命的影響。他們將直徑為100mm的GCr15SiMn棒料(中心區(qū)帶狀組織評級為3.5級、邊緣為2級)在1150℃擴散退火15h，得到帶狀組織小于0.5級的鋼棒；以未經(jīng)擴散退火的直徑為100mm的鋼棒改鍛為60mm，在790℃進行球化退火；再將兩者一同加工成疲勞試樣進行試驗。結(jié)果表明：擴散退火使縱向和橫向試樣的接觸疲勞強度大大提高。如果把帶狀3.0-3.5級試樣的壽命作為100%，則帶狀為0.5級的縱向壽命為166%，橫向為388%。 3）網(wǎng)狀碳化物的影響 碳化物網(wǎng)狀是在過共析鋼中沿奧氏體晶粒邊界析出呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的過剩二次碳化物，它與鋼的化學(xué)成分和偏析程度有關(guān)，和碳化物液析、碳化物帶狀不均勻性一樣是影響軸承壽命的因素。 網(wǎng)狀碳化物是在熱加工變形后的冷卻過程中形成的，如果在800～900℃之間冷卻速度太慢，則溶解在奧氏體中的碳有足夠動力和充分的時間擴散到奧氏體晶粒的邊界上析出。最終在鋼中呈沿晶的網(wǎng)絡(luò)狀分布。關(guān)于網(wǎng)狀碳化物對性能的影響，研究的不多。A.T.斯別克托爾研究發(fā)現(xiàn)，隨網(wǎng)狀級別的增加，接觸疲勞強度下降。冶鋼公司一組GCr15鋼氧含量為 14×10-6，碳化物網(wǎng)狀為1.5級，與SKF一組相同牌號鋼氧含量為8×10-6，網(wǎng)狀為3.0級的鋼材對比。大冶材的接觸疲勞壽命L10、L50分別為SKF的1.67和1.74倍。 4）液析碳化物的影響 碳化物液析是液相中碳及合金元素富集而產(chǎn)生的亞穩(wěn)共晶萊氏體，熱加工時，被破碎成不規(guī)則碎塊，沿壓延方向呈鏈狀或條狀分布。它是不合理的澆鑄、冷卻條件所引起的嚴重枝晶偏析，以及鉻元素降低碳在奧氏體中最大固溶度的綜合結(jié)果。一般認為碳化物液析屬于三角晶系碳化物，硬度極高，它的存在會使軸承零件在熱處理過程中產(chǎn)生淬火裂紋；在使用過程中因處于表皮的碳化物的剝落而降低耐磨性，處于內(nèi)部的液析碳化物會導(dǎo)致疲勞裂紋的產(chǎn)生而降低疲勞壽命。 5）殘余碳化物含量的影響 用軸承鋼加工成軸承，必須在淬、回火狀態(tài)下使用，此時鋼具有混合組織，通常含有80%(體積比)的馬氏體，5-10%的殘余奧氏體和7%左右的未溶/碳化物—殘余碳化物。殘余碳化物的含量同樣影響疲勞壽命。有的研究結(jié)果指出，殘余碳化物的含量為7-8%時，壽命最長。但這種試驗結(jié)果是用含碳量一定的鋼(1.0%C)，在不同溫度淬火條件下進行實驗得出的。由于淬火加熱溫度不同，殘余碳化物數(shù)量固然有變化，但同時馬氏體的含碳量也在變化，而馬氏體含碳量對疲勞壽命有顯著影響。因此，殘余碳化物含量為7-8%時是否壽命最高，這一結(jié)論還是一個問題。日本學(xué)者用其它成分和GCr15相同，而含碳量在0.70-1.17%之間變化的鋼，對其進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使馬氏體中的含碳量保持一定，均為0.45%，在這樣的條件下研究殘余碳化物含量對疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，殘余碳化物含量由10.5%減少到4.5%，疲勞壽命提高。研究造成疲勞剝落區(qū)附近的顯微組織時發(fā)現(xiàn)，疲勞裂縫都是在碳化物和馬氏體的界面上傳播的。這是因為碳化物和馬氏體交界處碳濃度高，易引起應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生裂紋。殘余碳化物一旦增加，碳化物和馬氏體的界面增加，于是材料發(fā)生破裂的危險也增加。由此可以推斷出，增加殘余碳化物會造成疲勞壽命降低。但完全不存在殘余碳化物也不行，從耐磨性角度考慮，為了防止晶粒粗大引起疲勞壽命降低，存在一定數(shù)量的殘余碳化物是必要的。 3.3 國外軸承鋼生產(chǎn)概況 發(fā)達國家對于軸承鋼的生產(chǎn)及其科研極為重視，其中以瑞典、日本、德國、美國等國表現(xiàn)突出。瑞典和日本的產(chǎn)量和質(zhì)量都處于領(lǐng)先地位。瑞典年產(chǎn)軸承鋼70萬噸，歐洲其它國家年產(chǎn)約150萬噸，日本大體上穩(wěn)定在60萬噸上下。他們的共同特點是設(shè)備先進、工藝技術(shù)成熟、質(zhì)量穩(wěn)定。從夾雜物的角度而言，日本主要從降低氧含量著手，通過氧含量極低化來達到減少夾渣物的目的。而瑞典重在控制夾雜物的形狀和分布。這兩個國家的軸承鋼生產(chǎn)狀況代表當(dāng)代世界軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量的水平和方向。世界上生產(chǎn)軸承鋼最著名的廠家有日本的山陽特殊鋼廠、瑞典SKF公司、美國Timken公司等。 3.3.1日本山陽特鋼 （1）生產(chǎn)工藝流程及工藝特點 主要工藝流程為：90tUHP電爐－LF精煉爐－RH精煉爐－連鑄（立式3流，380mm×490mm）或模鑄－初軋－三輥行星軋機或大型軋機－無損探傷－修磨－連軋機組－無損檢驗－連續(xù)爐球化退火－無損檢測－檢驗入庫。該工藝特點：電爐采用較高溫度（1670℃）出鋼，以便延長真空處理時間。LF爐精煉時間≥45分鐘，以便加熱、脫硫、調(diào)整成分。采用高堿度爐渣（CaO/SiO2=7.2）和高攪拌能量(ε=125W/t)。RH真空脫氣時間≥40分鐘。完全保護澆鑄、立式大斷面連鑄。 （2）質(zhì)量控制水平 軸承鋼中[O]含量普遍控制在5×10-6以下，有的甚至達到2-3PPm；最大夾雜物尺寸為 11μm；硫含量達到0.002%-0.003%、Ti達14-15PPm。連鑄材鋼中[O]平均比模鑄材低2.0×10-6，達到真空自耗爐（VAR）水平。鋼中非金屬夾雜用SAM法測定連鑄材比模鑄材B類夾雜分別為0.06級和0.4級，前者為后者的1/7；而D類夾雜分別為0.06級和0.8級，前者為后者的1/13。氧化物顆粒在11μm，而傳統(tǒng)工藝夾雜在20μm以下。 化學(xué)成分波動范圍小，有害元素含量小。接觸疲勞壽命接近（VAR）方法冶煉的水平。 3.3.2瑞典SKF公司 （1）SKF公司OVaK0鋼廠生產(chǎn)工藝流程及工藝特點 工藝流程: 100t電爐－LFV精煉爐－模鑄－均熱爐－初軋－火焰清理－150×150坯料－檢驗、噴丸、修磨－加熱－除鱗－軋制－冷卻－剪切－打包－發(fā)貨。生產(chǎn)工藝特點為：采用SKF—MR煉鋼工藝MR（雙爐殼）熔煉，這種工藝分兩個階段:首先在SKF雙殼爐中氧化條件下快速熔化;然后在ASEA-SKF爐中在還原的條件下進行精煉，精煉工藝為:首先用Fe-Si進行預(yù)脫氧，然后扒渣，再加鋁進一步脫氧，以后是脫硫和真空脫氣，整個過程伴隨感應(yīng)攪拌，利用鋁沉淀脫氧配以強烈的電磁攪拌，促使夾雜物碰撞長大，脫氧產(chǎn)物有充分時間分離，可以使氧含量和夾雜含量達到極低的程度，模鑄3.4t錠型(雙錐度)。 （2）質(zhì)量控制水平 鋼中[O]含量在（5-8）×10-6，且偏差值低(0.5×10-6)；[Ti]含量波動在（8-12）×10-6。鋼中[H]≤1×10-6（在精煉結(jié)束時的鋼水中測定）。由于H是間隙元素，溶解于鋼水中的一定H經(jīng)凝固后，在壓力加工應(yīng)力條件下會產(chǎn)生白點缺陷且分布極不均勻；H在鋼坯、材加熱或退火時以極快速度逸出，但形成的白點依然存在。生產(chǎn)的軸承鋼具有高純潔度、化學(xué)成分穩(wěn)定、淬透性均勻一致、切削加工性能好、鋼材接觸疲勞壽命高等特點。 3.3.3美國Timken公司 生產(chǎn)工藝流程見下圖： 除上述三家知名的軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)外世界上還有許多先進的廠家，他們也都取得很大成就。其主要生產(chǎn)工藝流程及鋼中微量元素控制水平見下表; 國外軸承鋼連鑄的典型的工藝流程 生產(chǎn)廠家 工藝流程 日本山陽 90tEAF－LF－RH－CC（立式3流，370mm×470mm） 日本大同 70tEAF EAF－LF－RH－CC（弧型2流，370mm×480mm；立式4流，φ350／177mm） 愛知 80tEAF－VSC－LF－RH－CC（弧型2流，370mm×480mm；立式4流） 神戶 BF－TBM－LD－LF－CC（弧型2流，300mm×430mm） 川崎 BF－TBM－LD－LF－RH－CC（4流，400×560mm） 蒂森杜伊斯堡 BOF（140t）－TBM－LD－CC（6流，265mm×385mm） 蒂森維膝廠 EAF（110t，EBT）－LF－LD－CC（2流，350mm×460mm） 韓國Kia Steel EAF－LF－CC（2流，370mm×480mm） 德國GMH公司 EAF（120t）－LF－VD－CC（6流，200mm×240mm） 意達利ABS EAF（80t）－LF－VD－CC（方坯：280mm×280mm，圓坯：φ220～325mm） 3.3.4 國外軸承鋼生產(chǎn)工藝分析 (1)爐子大型化 由電爐或