国内外轴承钢种类及技术的发展状况

[ 关键词：轴承钢　发表日期：2013-09-10 10:43:10 ]

　　轴承用钢的质量是所有合金钢中要求最严格、检验项目最多的钢种。世界公认轴承钢的水平是一个国家冶金水平的标志。随着科学技术迅猛发展，轴承钢使用条件日益恶劣，对轴承提出了非常苛刻的要求。由于轴承的工作环境、使用条件不同，除了大量生产高碳铬轴承钢外，还发展了渗碳轴承钢、中碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等系列钢种。

　　高碳铬轴承钢是轴承钢的代表钢种,各国对之都有专用的技术标准。例如, ISO/FDIS683-17中纳标的高碳铬轴承钢钢种有：100Cr6、100CrMnSi4-1、100CrMnSi6-4、100CrMnSi6-6、100CrMo7、100CrMo7-3、100CrMo7-4、100CrMnMoSi8-4-6。美国的ASTM A295的高碳铬轴承钢包括:52100、5195、UNSK19526、1070M、5160。此外,美国对高淬透性的高碳铬轴承钢,有专用标准
ASTM A485,其包括的钢种有: Grade1~Grade4、100CrMnSi4-4、100CrMnSi6-4、100CrMnSi6-6、100CrMo7、100CrMo7-3、100CrMo7-4、100CrMnMoSi8-4-6。

　　中国的高碳铬轴承钢(GB/T18254-2002)包括的钢种有: GCr15、GCr15SiMn、GCr4、GCr15SiMo、GCr18Mo。
渗碳轴承钢的表面经渗碳处理后具有高硬度和高耐磨性,而心部仍有良好的韧性,能承担较大的冲击。这类钢的最高使用温度也一般在200℃以下。这类钢在美国的产量约占轴承钢总产量的30%,在中国仅占3%左右。ISO/FDIS683-17中纳标的渗碳轴承钢钢种有20Cr3、20Cr4、20MnCr4-2、17MnCr5、19MnCr5、15CrMo4、20CrMo4、20MnCrMo4-2、20NiCrMo2、20NiCrMo7、18CrNiMo7-6、16NiCrMo16-5。

　　美国的ASTM A534的渗碳钢标准中,除了覆盖ISO/FDIS683-17的所有钢种外,还包括:4118H、4320H、4620H、4720H、4817H、4820H、5120H、8617H、8620H和9310H。

　　中国的渗碳轴承钢标准GB/T3203-82中的钢种有: G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo。G20CrMo钢经渗碳、淬回火后,表层具有较高硬度和耐磨性,达到轴承材料基本要求。心部硬度较抵,有较好的韧性,适用于制作受冲击负荷的零部件。另外还具有较高的热强性。它与美国的4118H相近似。G20CrNiMo钢经渗碳或碳氮共渗后具有明显优于GCr15钢的接触疲劳寿命,表面耐磨性与GCr15钢相近。心部有足够的韧性。该钢具有良好的淬透性。它是制作耐冲击负荷轴承的良好钢种,它与美国的8620H相近。G20CrNi2Mo钢具有中等表面硬化性,它比G20CrNiMo钢具有更好的淬透性和高的综合力学性能。适用于制作铁路火车的滚动轴承套圈,还可制作汽车的齿轮。它与美国的4320H相近。G20Cr2Ni4钢渗碳后表面具有相当高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度,同时心部韧性良好,能耐强烈的冲击负荷。但对白点形成敏感,有回火脆性。适合制作耐冲击负荷的大型轴承。G10CrNi3Mo是一种合金含量相对高的、高淬透性的表面渗碳钢。因其含碳量较低,心部硬度不高于32~38HRC。它与美国的9310H相近。

　　G20Cr2Mn2Mo钢的强度、塑性、韧性及工艺性能与G20Cr2Ni4钢相似,其渗碳速度快,易达饱和,渗碳表面易形成粗大碳化物。用于制造高冲击负荷下工作的特大型和大中型轴承零件。

　　中碳轴承钢的开发主要为适应轮毂和齿轮等部位具有多种功能的轴承部件或特大型轴承。适用于制作掘进、起重、大型机床等重型设备上用的特大尺寸轴承，一般转速不高，但承受较大的轴向、径向载荷及弯曲应力等。其热加工、冷加工性能较好,与渗碳、碳氮共渗相比较,工艺也较简单,且同样达到表面硬化效果,因此,近年来发展较快。ISO/FDIS683-17中纳标的中碳轴承钢钢种有: C56E2 (相当于S55C或SAE1055)、56Mn4、70Mn4 (相当于SAE1070)、43CrMo4 (相当于SCM440或SAE4142)。美国中碳轴承钢标准ASTM A866 (2001)中,除了C56E2和56Mn4之外,还有: 1030、1040、1050、1541、1552、4130、4140、4150、5140、5150、6150和43CrMo4。这些中碳轴承钢淬回火处理后具有高的屈强比,较高弹性极限和耐磨性能,良好的抗疲劳和抗多次冲击性能。中国没有专用的中碳轴承钢。常借用于中碳轴承的中碳合金钢钢种有: 55、50MnA、70Mn、37CrA、65Mn、50CrVA或50CrNi、55SiMoVA、50SiMo、50CrNiMo或SAE8660。

　　不锈轴承钢主要为适应化工、石油、造船、食品工业等的需要而发展起来的,用于制造在腐蚀环境下工作的轴承及某些部件,也可用于制造低摩擦、低扭矩仪器、仪表的微型精密轴承。不锈轴承钢主要有:中、高碳马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等。为满足轴承的硬度要求,多采用马氏体不锈钢。

　　ISO/FDIS683-17中纳标的不锈轴承钢钢种有: X47Cr14、X65Cr14、X108CrMo17 (相当于ASTM440C)、X90CrMoV18-1。美国标准ASTM A756中的不锈轴承钢有:440C和440CMOD。中国不锈轴承钢标准GB3086中的钢种为9Cr18 (相当ASTM440C)和9Cr18Mo。

　　随着航空、航天工业的发展,喷气发动机、燃汽轮机和宇航飞行器的制造的要求越来越高,轴承的工作温度越来越高,甚至高于300℃。这样,高温轴承钢应运而生。高温轴承钢应具有高的高温硬度(大于50HRC)、尺寸稳定性、耐高温氧化性、低的热膨胀性和高的抗蠕变强度。其中前两项为选择高温轴承钢材料的主要指标。高温轴承钢可分为:高温不锈轴承钢、高温高速工具钢、高温渗碳轴承钢。ISO/FDIS683-17中纳标的高温轴承钢钢种有:80MoCrV42-16、X82WmoCrV6-5-4、X75WCrV18-4-1。美国的高速工具钢标准ASTM A600(1999)中的T1、M2、M50等钢种可作为高温轴承钢使用。中国高温轴承钢的标准GB3086中的钢种为: 8Cr4Mo4V和10Cr14Mo4。8Cr4Mo4V是一种含Mo的高温不锈钢,在ASTMA600标准中相当于M50,也是各国广泛使用的一种高温轴承钢,具有较好的高温硬度和高温尺寸稳定性,并且有高的高温接触疲劳性能。可以制造工作温度在315℃以下使用的轴承。主要用于飞机、舰艇发动机轴承、冶金、化工和原子能工业中高温设备轴承。10Cr14Mo4钢是9Cr18Mo的改进钢种，其增加了Mo量,减少了Cr量,使其高温硬度和耐磨性提高,使用温度可达480℃。中国高温轴承钢系中的高速工具钢的钢种有Cr4Mo4V和W18Cr4V。前者相当于美国的M50,因综合性能好和合金元素含量低而广泛使用,它在耐磨性、高温硬度和抗氧化性等方面与10Cr14Mo4相当,作为中级高温轴承材料可以制造工作温度在315℃以下使用的轴承。后者相当于ASTMA600中的T1,适用于更高温度和更好的高温硬度下工作的轴承。中国高温轴承钢系中还没有合适的渗碳高温钢。