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軸承鋼是用於製造滾動軸承的滾珠,滾柱和套筒等的鋼種,也可用於製作精密量具,冷沖模,機床絲杠及柴油機油泵的精密偶件。

1 軸承鋼 -簡介 

軸承鋼軸承鋼
    軸承鋼是用於製造滾動軸承的滾珠,滾柱和套筒等的鋼種,也可用於製作精密量具,冷沖模,機床絲杠及柴油機油泵的精密偶件。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佈、碳化物的分佈等要求都十分嚴格,是所有鋼鐵生產中要求最嚴格的鋼種之一。

2 軸承鋼 -分類

    軸承鋼分為:全淬透型軸承鋼、表面硬化型軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼等四類共17個鋼號。有的國家增加一個類別為特殊用途的軸承鋼或合金。中國已納入標準的軸承鋼分類方法與ISO相似,分別對應為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹耐蝕軸承鋼、高溫軸承鋼四大類。

3 軸承鋼 -種類 

    中國目前已生產高碳鉻不銹軸承鋼,主要鋼號有9Cr18;滲碳軸承鋼,主要鋼號有G20CrMo;鉻軸承鋼,主要鋼號有GCr15;含碳量ωc為1%左右,含鉻量ωcr為0.5%-1.65%。軸承鋼又分為高碳鉻軸承鋼、無鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、中高溫軸承鋼及防磁軸承鋼六大類。

4 軸承鋼 -規格和外觀質量

    規格主要有圓鋼、扁鋼、鋼絲,鋼材表面應加工良好 。不得有裂紋、摺疊、結疤和夾雜。冷拉鋼表面還應光滑、乾淨、無氧化皮。

5 軸承鋼 -技術標準:

    軸承鋼生產主要執行GB/T18254-2002標準和適應於精鍛軸承用戶要求的萊鋼GCr15JD質量協議,其中GCr15JD協議質量要求嚴於GB/T18254-2002標準 ,GCr15JD要求氧含量≤10ppm、中心偏析級別≤1.0級、成分控制、定尺和尺寸偏差等均嚴於GB/T18254-2002標準。

6 軸承鋼 -化學成分

國標、冶標、日本標準中主要鋼號的化學成分見表

7 軸承鋼 -生產工藝流程:

    50噸UHP電爐冶鍊→60噸LF爐精鍊→60噸VD爐真空處理→合金鋼矩形坯連鑄(260mm×300mm、180mm×220mm)→緩冷或熱送→軋材→精整→檢驗入庫。

8 軸承鋼 -軸承鋼材料及冶金質量性能要求

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、低的摩擦係數, 
    4)高的彈性極限, 
    5)良好的衝擊韌性和斷裂韌性, 
    6)良好的尺寸穩定性, 
    7)良好的防鏽性能, 
    8)良好的冷、熱加工性能。 
   根據以上對軸承用鋼的基本要求,對軸承用鋼的冶金質量提出以下的基本要求; 
  ①嚴格的化學成分要求; 
  ②較高的尺寸精度要求,對於使用在高速鐓鍛機上鍛造的熱軋退火棒料,應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; 
  ⑤特別嚴格的表面缺陷和內部缺陷要求:表面缺陷包括表面裂紋、表面夾渣、毛刺、折迭、結疤、氧化皮等;內部缺陷包括縮孔、氣泡、白點、過燒、嚴重的疏鬆和偏析、顯微孔隙等; 
  ⑥嚴格的碳化物不均勻性要求; 
  ⑦嚴格的表面脫碳層深度要求; 
  ⑧其他要求:例如軸承鋼的冶鍊方法、氧含量、退火硬度、斷口、殘餘元素、火花檢驗、交貨狀態等。 

9 軸承鋼 -物理性能 

    軸承鋼的物理性能主要以檢查顯微組織、脫碳層、非金屬夾雜物、低倍組織為主。一般情況下均以熱軋退火、冷拉退火交貨。交貨狀態應在合同中註明。鋼材的低倍組織必須無縮孔、皮下氣泡、白點及顯微孔隙。中心疏鬆、一般疏鬆不得超過1.5級,偏析不得超過2級。鋼材的退火組織應為均勻分佈的細粒狀珠光體。脫碳層深度、非金屬夾雜物和碳化物不均勻度應符合相應有關國家標準規定。

10 軸承鋼 -用途 

除做滾珠、軸承套圈等外,有時也用來製造工具,如沖模、量具、絲錐等。

11 軸承鋼 -軸承鋼生產企業:

本特、錫鋼、東特、萊鋼(特)、首特、太鋼、上五、衡陽(管)、新冶鋼、中原特、西寧、齊魯特、巨能、石鋼、長城、南鋼、重特、淮鋼、貴陽、豫永通、興澄、鄂鋼、石橫等。

12 軸承鋼 -製造方法

    對軸承鋼的冶鍊質量要求很高,需要嚴格控制硫、磷、氫等含量以及非金屬夾雜物和碳化物的數量、大小和分佈狀況,因為非金屬夾雜物和碳化物的數量、大小和分佈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生的微裂紋擴展而成。
    夾雜物的含量和鋼中氧含量密切相關,氧含量越高,夾雜物數量就越多,壽命就越短。夾雜物和碳化物粒徑越大、分佈越不均勻,使用壽命也越短,而它們的大小、分佈狀況與使用的冶鍊工藝和冶鍊質量密切相關,生產軸承鋼的主要工藝是連鑄以及電爐冶鍊+電渣重熔工藝冶鍊,還有少量採用真空感應+真空自耗的雙真空或+多次真空自耗等工藝來提高軸承鋼的質量。

13 軸承鋼 -質量要求

根據以上對軸承用鋼的基本要求,對軸承用鋼的冶金質量提出以下的基本要求;
①嚴格的化學成分要求。
一般軸承用鋼主要是高碳鉻軸承鋼,即含碳量1%左右,加入1.5%左右的鉻,並含有少量的錳、硅元素的過共析鋼。鉻可以改善熱處理性能、提高淬透性、組織均勻性、回火穩定性,又可以提高鋼的防鏽性能和磨削性能。
但當鉻含量超過1.65%時,淬火後會增加鋼中殘餘奧氏體,降低硬度和尺寸穩定性,增加碳化物的不均勻性,降低鋼的衝擊韌性和疲勞強度。為此,高碳鉻軸承鋼中的含鉻量一般控制在1,65%以下。只有嚴格控制軸承鋼中的化學成分,才能通過熱處理工序獲得滿足軸承性能的組織和硬度。
②較高的尺寸精度要求,對於使用在高速鐓鍛機上鍛造的熱軋退火棒料,應該對其尺寸精度有更高的要求。
滾動軸承用鋼要求鋼材尺寸精度較高,這是因為大部分軸承零件都要經過壓力成型。為了節省材料和提高勞動生產率,絕大部分軸承套圈都是經過鍛造成型,鋼球是經過冷鐓或熱軋成型,小尺寸的滾子也是經過冷鐓成型。如果鋼材的尺寸精度不高,就無法精確地計算下料尺寸和重量,而不能保證軸承零件的產品質量,也容易造成設備和模具的損壞。
③特別嚴格的純潔度要求。
鋼的純潔度是指鋼中所含非金屬夾雜物的多少,純潔度越高,鋼中的非金屬夾雜物越少。軸承鋼中的氧化物、硅酸鹽等有害夾雜物是導致軸承早期疲勞剝落、顯著降低軸承壽命的主要原因。特別是脆性夾雜物危害最大,由於在加工過程中容易從金屬基體上剝落下來,嚴重影響軸承零件精加工后的表面質量。因此,為了提高軸承的使用壽命和可靠性,必須降低軸承鋼中夾雜物的含量。
④嚴格的低倍組織和顯微(高倍)組織要求。
軸承鋼的低倍組織是指一般疏鬆、中心疏鬆和扁析,顯微(高倍)組織包括鋼的退火組織、碳化物網狀、帶狀和液析等。碳化物液析硬而脆,它的危害性與脆性夾雜物相同。網狀碳化物降低鋼的衝擊韌性,並使之組織不均勻,在淬火時容易變形與開裂。帶狀碳化物影響退火和淬火回火組織以及接觸疲勞強度。低、高倍組織的優劣對滾動軸承的性能和使用壽命有很大的影響,所以,在軸承材料標準中對低、高倍組織有著嚴格的要求。
⑤特別嚴格的表面缺陷和內部缺陷要求。
對軸承鋼而言,表面缺陷包括裂紋、夾渣、毛刺、結疤、氧化皮等,內部缺陷包括縮孔、氣泡、白點、嚴重的疏鬆和偏析等。這些缺陷對於軸承的加工、軸承的性能和壽命有很大的影響,在軸承材料標準中明確規定不允許出現這些缺陷。
⑥嚴格的碳化物不均勻性要求。
在軸承鋼中,如果出現嚴重的碳化物分佈不均勻,則在熱處理加工過程中就容易造成組織和硬度的不均勻,鋼的組織不均勻性對接觸疲勞強度有較大的影響。另外,嚴重的碳化物不均勻性還容易使軸承零件在淬火冷卻時產生裂紋,碳化物不均勻性還會導致軸承的壽命降低因此,在軸承材料標準中,對不同規格的鋼材均有明確的特別要求。
⑦嚴格的表面脫碳層深度要求。
在軸承材料標準中對鋼材表面脫碳層有著嚴格的規定,如果表面脫碳層超出標準的規定範圍,且在熱處理前的加工過程中又沒有將其全部清除掉,則在熱處理淬火過程中就容易產生淬火裂紋,造成零件的報廢。
⑧其他要求。
在軸承鋼材料標準中還對軸承鋼的冶鍊方法、氧含量、退火硬度、斷口、殘餘元素、火花檢驗、交貨狀態、標識等有嚴格的要求。

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