我国轴承钢及热加工技术的现状和研究方向_尤绍(3)

第1期尤绍军：我国轴承钢及热加工技术的现状和研究方向

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高级渗碳轴承钢新钢种及其热加工和热处理技术是我国无法制造重大装备配套高端大型轴承的关键因素之一。目前，我国用高碳铬轴承钢制造的轴承滚子最大直径已达到250mm ，轴承套圈有效厚度已达到200mm ，外径2500mm ；用渗碳轴承钢制造的轴承滚子最大直径已达到250mm ，轴承套圈有效厚度已达到320mm ，外径3200mm 。由于没有更高级的高碳铬轴承钢可用，直径80 120mm 轴承滚子，有效厚度65 90mm 轴承套圈，在我国也广泛采用GCr15SiMn 钢制造。采用GCr15SiMn 钢制造的特大型轴承零件锻造后，网状碳化物级别普遍超过标准要求，淬火时，采用极快速度冷却，近10%产品因淬火裂纹报废，其余产品淬火后变形大，尺寸涨缩波动大，极大地增加了磨加工费用，增加了轴承的制造成本。

同时，轴承零件淬火后，存在零件硬度偏低，同一零件硬度不均匀，不同零件硬度波动大等质量问题，导致轴承疲劳寿命比同一材料制造的小尺寸轴承零件低

约20% 80%。硬度对轴承疲劳寿命影响极大，硬度与轴承疲劳寿命的关系式为：

L =K H t

（1）

式中：K ，t 为常数，滚子轴承t =10.8，球轴承t =

12；L 为轴承的接触疲劳寿命；H 为轴承零件硬度。式（1）适用于硬度低于62HRC ，硬度低于58HRC 比较准确，硬度超过58HRC 则误差较大。对有些材料的使用，不仅严重降低轴承的性能和质量，而且，无法充分发挥材料的性能潜力，造成资源的极大浪费。有效直径＞120mm 轴承滚子，有效厚度＞90mm 的轴承套圈，由于没有高级高碳铬轴承钢可用，在我国只能采用渗碳轴承钢20Cr2Ni4制造，使每吨轴承零件的材料费用与制造费用增加1 4万元，生产周期延长7 10天，增加轴承的制造成本，造成资源的极大浪费。

经过轴承制造企业和轴承钢制造企业几十年的深入研究，尤其是改革开放以来，轴承钢制造企业引进了大量先进的轴承钢制造、检测设备和先进制造技术。我国轴承钢的制造、检测设备已经达到世界先进水平。轴承钢质量也有极大地提高，例如我国轴承钢的O 含

量已经稳定地控制在15ˑ10－6

内，与世界主流轴承钢同等水平。但是，通过对国内外轴承钢进行大量的检测对比分析和疲劳寿命试验，发现我国轴承钢质量与世界先进水平相比仍有很大差距，我国轴承钢的疲劳强度大约比世界先进水平低20% 30%，疲劳寿命是

世界先进水平的1/2 1/3。例如：我国铁路货车轴承

用钢G20CrNi2Mo ，采用电渣重熔冶炼，其疲劳强度仅与TIMKEN 公司采用真空脱气的G20CrNi2Mo 钢相当；而我国真空脱气冶炼的G20CrNi2Mo 钢，疲劳强度则明显低于TIMKEN 公司真空脱气的G20CrNi2Mo 钢。导致轴承钢整体质量水平低，疲劳寿命短的原因主要在以下方面：

1）我国国标对Ti ，Ca ，As ，Sn ，Sb ，Pb 等有害元素不进行严格检测和控制。国外先进轴承钢技术标准对上述有害元素进行严格检测和控制，而我国国标GB /T 18254—2002《高碳铬轴承钢》和GB /T 3203—1982《渗碳轴承钢技术条件》却对上述元素没有任何检测和控制要求。

2）我国轴承钢纯净度低。与国外先进轴承钢纯净度方面的差距主要表现在以下3个方面：

图1国内某三家轴承钢制造公司生产的电渣重熔轴承钢、

真空脱气轴承钢与TIMKEN 公司的真空脱气电炉轴承钢夹

杂物的数量与夹杂物尺寸的关系

Fig．1Relation between inclusion amount and size of the bearing steels which from domestic 3suppllers ’ESR ，RH bearing steels

and TIMKEN corperation ’

s RH bearing steels ①我国轴承钢非金属夹杂物的数量多。采用先进的专用扫描电镜对TIMKEN 公司轴承钢和国内主要轴承钢制造企业生产的轴承钢的非金属夹杂物进行了定量分析，结果如图1所示。比较图1（a ）和（b ）可见，我国电渣重熔轴承钢和真空脱气的非金属夹杂物的数量均比TIMKEN 公司轴承钢非金属夹杂物的数量多，但是我国电渣重熔轴承钢非金属夹杂物的数量比真空