(完整版)北科大轴承钢交流曹文全lastversion

高性能轴承及轴承材料交流

---需求、差距、方向、研发---曹文全2015年4月24日钢铁研究总院特钢所M-phones：62182628-address：caowenquan@交流内容一、我国高端轴承及轴承钢需求二、国外先进轴承钢及新型热处理三、国内外高端轴承钢理论及质量控制四、高端轴承钢质量控制与定量表征五、传统与新型轴承钢及热处理研究六、轴承钢冶金质量核心控制技术思考高端与先进设备用轴承需求1.轴承广泛应用在国防工业及民用领域，是高端装备与先进设备用关键基础件；2.装备制造大国但不是制造强国，高端轴承是制造强国的主要标志之一；3.我国轴承工业远远落后于欧、美、日等国家，寿命低和可靠性差是主要表现；4.轴承质量是轴承设计、轴承材料、轴承制造与轴承应用全链条所决定的，其中轴承材料质量差与品种单一是源头；5.需要以轴承材料质量提升和多样化为源头，带动我们轴承设计、制造和应用的全链条发展。工业强基：1.基础材料2.基础工艺3.基础零部件4.基础标准等关键轴承研发时间表大型运输机：2015年完成大型运输机轴承样品试制及台架测试，2017年完成小批试制并取得适航证，2020年完成大型运输机轴承产业化；150座以上大型客机：2017年完成轴承样品试制和台架试验，2020年完成小批试制并取得适航证，2025年完成150座以上大型客机轴承产业化；2030年实现自主化率90%。风电机组轴承：2015年完成1.5MW以上偏航变桨轴承研发、产业化和可靠性研究，完成主轴轴承研究和产业化，2020年完成增速器轴承、发电机轴承研发和产业化。2020年实现自主化率90%的目标。关键轴承研发时间表高速精密数控机床轴承：2015年完成DN值为1.0x106rpm轴承研发和产业化，2017年完成DN值2.0x106rpm轴承研发和产业化，2020年完成DN值2.5x106rpm轴承研发和产业化，2025年完成DN值3.0x106rpm轴承研发和产业化。2025年实现自主化率90%。高速动车组轴承：2015年完成200-250km/h动车组轴承研发成功并获铁道部认可，2020年完成200-250km/h动车组轴承产业化，同时完成300-350km/h动车组轴承研发成功并获铁道部认可，2025年实现300-350km/h动车组轴承的产业化。2025年实现自主化率90%。关键轴承研发时间表新材料专项与工业强基工程：在新材料专项中主要进行耐高温、耐腐蚀和长寿命的航空发动机及高速铁路等高端装备用轴承及轴承钢研制。而强基工程则针对汽车、机床、轧机、风电与机器人等先进装备用轴承及轴承钢的工程化研发。智能集成化轴承：2020年实现单元化轴承设计和制造技术研发和应用，2022年轴承速度、加速度、温度、磨损、噪声等特性的传感器的研发和应用，同时实现远程轴承运行状态自动检测、故障自动诊断和自动报警系统的研发和应用，2025年完成轴承预紧力和润滑等服役状态自动调控装置的研发和应用。2025年目标开发带传感器的，具有远程轴承运行状态自动检测，故障自动诊断和报警的轴承单元；2030年目标开发带嵌入式预紧力和润滑等服役状态自动调控装置的智能轴承单元。已有轴承国家项目与轴承材料国家从2007年开始，已经对包括航空发动机轴承、动车组轴承、风电轴承、高速精密机床轴承等高端轴承进行了立项研发，并形成了相关核心技术。那我们国家的轴承行业处于什么位置呢？材料技术国外处于轴承行业第三阶段，而我国则处于第二阶段：目前像以FAG、NSK和NTN等为代表的国外轴承大公司，得益于不断规模化、自动化、材料高端化和多样化的持续发展，形成了高端轴承设计、材料开发、加工制造和应用等轴承集成技术。未来轴承必将向高端化、多样化、品牌化的长寿命轴承发展！我们处于什么位置，我们的作用是什么？如何推动轴承行业向第三阶段迈进？以材料为源头、通过材料研发，带动设计、制造和应用技术的全链条发展，形成关键核心技术。为此国家计划展开“材料工程”和“强基工程”等轴承全链条研发，实现我国高端装备用轴承的产业化。国外及我国轴承行业现状高端装备用轴承国内外差距总体来说：我国精密机床、冶金设备、重型装备、高端汽车等传统重大装备和风力发电、高速铁路及航空航天等新兴战略产业等是我国工业体系的重要支柱产业，其中轴承是非常关键的部件，其使用寿命和可靠性的高低在一定程度上决定了主机性能的优劣。

汽车齿轮箱用轴承国外使用寿命最低50万公里，国内同类轴承寿命约10万公里，且可靠性稳定性差。国外第三代轮毂轴承已经商业应用，而国内处于研发。

航空发动机用轴齿国内军用飞机发展到第五代，但航空发动机用第二、三代轴承齿轮钢仍然进口，含氮耐蚀X30与高强韧42L等第三代高温钢没有进入应用。

高速机床用轴承国外轴承高速性能指数DN值可达到4x106，而我国同类产品最高不超过2x106。国外新型材料及热处理工艺远远领先国内。

高速铁路用轴承国内轴承全部依靠进口。欧日各50%,制约了我国高铁技术进一步发展。欧洲为全淬透GCr18Mo,日本为渗碳型超高纯20CrNi2Mo。目前我国生产关键轴承与日本、欧美等先进国家生产轴承在使用寿命、可靠性、Dn值与承载能力等方面存在较大差距，已经成为制约我国装备制造业发展瓶颈。

国外30年统计结果表明，直升飞机失效中疲劳失效占55%，其中尤以齿轮和轴承疲劳失效最为常见。齿轮钢和轴承钢分别占直升飞机用钢量的22%和15%(见右图)。近半个世纪以来，美国航空发动机技术在快速发展，军用发动机的推重比从开始的2-3级提高到7-8级(第一代航空发动机)再到未来的15-20推重比的三代航空发动机的发展历程(如右图)。需要研发高推力、长寿命、耐高温、耐腐蚀和高可靠性的第三代航空发动机轴承齿轮钢。发动机推重比随发展年代不断提高齿轮钢和轴承钢占直升飞机用钢1.1航空用轴承发展现状(材料工程内容)1.2高铁轴承迫切需求（材料工程内容）高速铁路以其速度快、运能大、能耗低、污染轻等一系列技术优势，成为现代社会经济发展的新需求。但我国高铁轴承技术与产品被国外垄断，全部需要进口，成为我国高铁技术短板之一。高铁轴承国产化成为我国战略需求。高铁战略发展需求：高铁轴承国产化是”四纵四横”高铁运输网络和“一带一路”高铁出海战略的需求，解决我国高铁关键技术受制于人的局面；轴承产业发展需求：高铁轴承国产化将促进轴承产业向高度集成化和高度自动化的“第三代”产业迈进，将促进我国由“轴承大国”向“轴承强国”转变，解决低端过剩和高端严重依赖进口的局面；轴承技术发展需求：高铁轴承国产化将促进我国轴承设计、轴承材料、轴承加工制造及轴承应等技术的整体发展，解决我国轴承寿命低可靠度差问题，加速轴承质量的高端化和高端装备的国产化；高铁轴承是决定高铁机车的寿命与可靠性的关键零部件。国内高铁1.6万Km和规划“一代一路”8.1万Km为高铁轴承带来巨大市场。另外已知全球规划高铁超过5万Km，在建超过2万Km(0.5亿/Km)。而我国高铁轴承处于研发阶段，速度为160Km/h以上高铁轴承全部进口。“四纵四横”需求：目前我国高铁里程达1.6万公里，高铁车辆保有量达1.2万辆，高铁轴承需求量为10万套(~1万元/套),每年共10亿元。2020年高铁里程将达1.8万公里；“一代一路”需求：已经规划的泛亚、中亚和欧亚铁路为8.1万公里，形成高铁轴承的巨大市场，估计约每年50亿元；国际高铁竞争需求：高铁已成为各国经济抓手，目前已知全球规划高铁超过5万Km，在建超过2万Km(0.5亿元/Km)。未来国外高铁轴承市场巨大。高铁轴承需求分析重大需求以铁路轴承为例，高铁轴承全部进口，城市地铁轴承全部进口，重载货车国产轴承实现了国产化，但使用价格昂贵的电渣轴承钢。高铁轴承全部进口：国内相关单位进行过高铁轴承国产化和考核研究，最高时速达到了220Km/h，但远低于国外550Km/h验证结果；地铁车辆轴承全部进口：我国地铁车辆轴承全部从国外进口；重载货车轴承：重载货车轴承实现了国产化，但应用价格昂贵的电渣钢，成本高出2000元。国外应用超高纯脱气轴承钢，如日本的渗碳轴承钢20CrNi2Mo(EP级)和欧洲的GCr18Mo(脱气/电渣)。应用效果日本优。轴承一体化设计、轴承材料质量与成本是我国铁路轴承的瓶颈！铁路用轴承发展现状铁路轴承现状以汽车轴承为例，我国汽车产量已到2400多万辆，预计2030年中国汽车产量将达到3500万量。目前我国轴承总产值约在2000亿元，三分之一来自汽车行业(约700亿元)。（1）汽车轮毂轴承：第三代代轮毂轴承欧洲装配量已达1600万套，而我国处于研制阶段。目前我国引进的车型大多采用这种轻量化和一体化结构轮毂轴承。（2）汽车变速箱轴承：目前自动中高档自动变速箱及无级CVT变速箱主要基本靠进口，部分AT变速箱国内生产，变速箱的长寿命制约因素主要为国内齿轮、轴承等关键传动件精度及可靠性。轴承设计、加工精度、高性能材料与装备自动化程度低是我国汽车轴承发展障碍！1.3汽车用轴承发展现状(强基工程研究内容)汽车轴承现状以机床轴承为例，机床主轴轴承向高转速、高精度、高刚度和长寿命发展。国外DN值达到4.0×106超高速角接触主轴轴承，加工精度P4到P2。目前P2级超精密轴承，属于尖端技术，国外对我国限制出口。(1)国外开发超纯净EP钢以及SHX钢，用于高精度高速机床轴承；(2)国外超高精度角接触轴承预载偏差量为±2μm，远高于国内8μm；(3)国外密封技术保证轴承使用时不清洗和不再加润滑剂，便于装配、避免污染。(4)NSK轴承利用SHX钢和Si3N4材料生产的ROBUST系列复合材料轴承用于高速和超高速机床轴承，其持续操作Dn可达到4.0x106rpm。1.4机床用轴承发展现状(强基工程研究内容)机床轴承现状机床主轴轴承使用寿命不是按疲劳寿命，而是按精度寿命(或磨损寿命)，因为主轴轴承滚动体与滚道的接触应力一般都低于其疲劳极限。加工精度、新材料和润滑密封是我国高速机床主轴的瓶颈！以轧机轴承为例，以2250线热轧线轧机轴承为例，国内轧机轴承可靠度仅有90%，轧制量为300万吨，与进口可靠度99%，轧制量550万吨有很大差距。国内外轴承使用寿命相差10倍。(1)轧机轴承承受高负载、高冲击和外来污染破坏，需要高硬度和高韧性新材料及先进的高刚度设计和密封技术；(2)TIMKEN轧机轴承寿命8000h，12万/套；国产轴承寿命800h，0.8万/套。(3)日本NSK与NTN利用奥氏体表面强化技术，形成TF轴承和HTF轴承，将轴承的寿命提高了10倍以上。我们目前尚没有对新型材料研究。新材料与新型热处理是解决我国轧机轴承寿命的关键！1.5轧机用轴承发展现状(强基工程研究内容)NSK研发的大载荷密封型超长寿命四列圆锥滚子轧机轴承轧机轴承现状以风电轴承为例，在“十二五”期间，风电总量达60GW，每年新增不低于1400万千瓦.但风电设备集中在2MW以下。主轴轴承和增速器轴承的技术含量较高，依靠进口，需开发以替代进口。(1)增速器轴承和主轴轴承依靠进口：承受扭矩和转速波动大、负载易突变,安装平台柔性变形等。部件失效造成风力发电机停机，增速器失效所占20%左右。(2)新材料与新型型热处理：日本NSK公司开发Cr-Mo中碳合金钢(SHX)和DH热处理技术，生产的STF和HTF轴承，大大提高增速器在污染润滑工况下使用寿命。新材料、新型热处理、与大型轴承加工技术是我国风电轴承的问题！高负载、高韧性、长寿命轴承材料！1.6风电用轴承发展现状风电主轴轴承风电增速器轴承风电轴承现状关键基础件是各类装备产品的核心组成部分，直接着决定产品的性能、水平、质量和可靠性，是工业赖以生存和发展基础。轴承是最重要基础件之一，被称为“高端装备的关节”。高精尖级一块：航空级轴承是国防建设的重大需求，必须国产化。量大面广一块：应用领域广泛，需求量大，能产生极大的经济效益和社会效益。产业影响力强：其技术进步是下游整机应用行业技术创新的先决条件，其价值通常是自身价格的几十倍。战略地位重要：高端装备的产品性能依赖于关键轴承，其技术反映了一个国家工业技术水平，具有十分重要的战略地位。解决发展瓶颈：高端装备用轴承大量依赖进口，用汇约50亿美金，国产装备“技术空心化”现象严重。高端轴承国产化研发重要意义-关键基础件轴承是工业装备典型关键基础件，产业规模大（2014年轴承产值约2000亿元）、影响力强、战略地位重要。精密机床汽车轮毂铁路轴承轧机轴承航发轴承“材料工程”研发内容一、高速动车轴承先期仿制研发阶段：针对先期“仿制阶段”，对国外高铁轴承产品进行全面深入分析：设计、材料、加工制造与应用考核；160-200Km/h轴承:(1)进行国产材料稳定化及基础数据研究；建立相关生产线；200-250Km/h轴承:(1)高铁轴承设计;(2)新材料开发、基础数据与产线建立；(3)加工制造与密封润滑。(4)进行国产轴承验证考核与应用；300-350Km/h轴承:(1)高铁轴承设计;(2)新材料开发、基础数据研发与产线建立；(3)加工制造与密封润滑；(4)进行国产轴承验证考核与应用。二、航发轴承先期材料研发阶段：针对含氮钢和高强不锈耐高温轴承进行工程化研发；舰载机轴承的设计、制造与应用：

设计、加工制造与密封润滑；进行国产轴承验证考核与应用；3.大飞机轴承长寿命高可靠性轴承:(1)

轴承设计;(2)新材料的基础数据研发与产线建立；(3)加工制造与密封润滑；(4)进行国产轴承验证考核与应用。“材料工程”的定位与目标(一)定位与总体目标【定位】解决和抢占高铁与航空技术制高点我国高铁目前已达1.6万Km，所需约15万套高铁轴承全部从欧洲与日本进口。高铁轴承国产化不仅解决我国高铁技术受制于人的现状，也为抢占未来国际高铁技术世界大市场和高端轴承技术的先机奠定技术基础。我国航发轴承定位在耐高温、耐腐蚀、长寿命与高可靠性，为满足航空发动机大推重比、功重比和长寿命以及舰载机轴承用钢的要求，开发耐350℃和500℃的耐高温高速、耐冲击耐腐蚀和长寿命高可靠性的高品质航空轴承。到2020年还需开展推重比12、功重比12发动机主轴轴承及更高性能轴承的预研工作。【总体目标】建立研发平台进行轴承协同研发通过对高铁轴承设计、轴承材料研制、轴承加工与制造以及轴承考核与应用等技术协同研发，形成长寿命与高可靠性的高端轴承产品，和具有自主知识产权的高端轴承技术，打破国外垄断和抢占国际技术制高点。定位与总体目标“强基工程”研发方向及目标(一)本项目拟进行高档汽车、轨道交通、高速机床、风电设备和薄板轧机等研究5个方向：第三代轮毂轴承单元和自动变速箱轴承；城市轻轨用轴承等轨道交通轴承；高速精度数控机床轴承；2MW以上风电机组主轴轴承和增速器轴承；大型长寿命薄板轧机轴承。(二)针对不同轴承使用要求，对轴承性能提出如下指标：中高档轿车轮毂和自动变速箱轴承寿命不小于25万Km；城市轻轨,时速≥80Km/h,寿命≥80万Km,可靠度≥99%；大型精密高速数控机床主轴轴承Dn值2.5×106rpm,精度P4、P2级；6000小时精度稳定使用；冷轧工作辊轴承连续工作要达到10000h,支承辊轴承要达到5000h；风电增速器轴承和主轴轴承使用寿命20年,可靠度99%；国外轴承跨国公司情况介绍(NTN/SKF)从轴承失效分析到应用、到材料选择、到热处理等一系列的核心控制技术。但材料与热处理是提升与改善性能的关键核心技术。NTN,SKF与Timken是世界上八大轴承公司，代表着未来轴承的发展方向。Timken高端轴承材料及轴承研发材料纯净度轴承设计表面粗糙度铁姆肯(Timken)轴承公司提出高可靠性长寿命轴承主要决定于三点：一是轴承材料的纯净度，二是接触面优化设计，三是表面粗糙度的高标准化。我国轴承研发存在问题分析(概述)我国重大设备用轴承存在问题：产品性能较差、中低端产品过剩和高端产品严重依赖进口。其原因可以概括为以下几个方面：(一)新理论和新材料共性基础研究缺乏基础数据：缺乏材料、制造和应用的基础数据库；2.基础材料：缺乏基础材料的持续系统和创新性研发；3.基础工艺：缺乏对国外加工制造、热处理和表面改性、润滑与密封技术的跟踪与研究；(二)缺乏协同创新和核心技术：协同创新：传统设计、材料、制造和应用研究碎片化，需要“学、研、产、用”相结合创新研发；核心技术：引进技术消化吸收不够，需要形成全链条集成创新技术。(三)、缺乏顶层布局与投入：1.国家层面：缺乏”超级规模化轴承公司”培育和全流程创新研究，建立技术标准和产品标准；2.企业层面：企业缺乏先进核心技术研发和全自动装备投入，产值高和质量稳定性产品。轴承存在问题我国缺乏先进轴承设计理论与技术轴承设计理论进展：国际上提出以有限元法、动力学及拟动力学、弹性流体动力润滑等理论和CAD结合，把轴承设计计算推向了新阶段。但我国主要引进消化和模仿设计，无设计创新；长寿命设计技术运用：利用现代仿真技术优化轴承内部结构形状及主参数；通过滚道形貌及表面摩擦学设计，优化设计内外圈滚道曲率系数和三维形貌；通过滚动轴承极限设计，实现额定动载荷最大，寿命最长，材料最省；一体化、轻量化与功能化：轴承设计需要考虑疲劳、韧性、塑性和可靠性等材料参数，进行轴承宏观尺寸、载荷谱设计，动态性能分析，未来发展将是一体化、轻量化与功能化(耐蚀、耐温、绝缘与无磁等)；先进润滑、密封与保持架设计：通过润滑、密封和保持架设计，国外实现免维护和长寿命；缺乏基础材料数据库：材料数据、制造参数、应用参数，主要靠仿制，需建立相关数据库，形成轴承材料大数据。轴承设计问题我国轴承的缺乏先进加工制造技术轴承加工技术包括轴承的无应力集中和高精密加工技术、新型热处理技术和表面改性技术等，国内研究刚刚起步：1.无应力集中加工技术：包括冷热加工、热处理、表面改性技术等；2.高精密加工技术：加工精度是装配精度和旋转精度的保障，我国P4级及以上困难。3.多步新型热处理技术：通过新型材料和热处理，改善碳化物和基体组织，改变残余奥氏体硬度与含量；4.表层组织改性技术：通过离子注入、表面涂镀和喷丸强化等表面改性技术，可以大幅度提高轴承寿命。5.需要思维创新：需要形成多维、多尺度的轴承层状结构控制概念。缺乏先进制造技术主要部件系统应用环境离子效果发动机轴承卫星Ti+C延寿发电机轴承火箭Cr改善点蚀直升机主轴承航海Cr、Cr+C防腐蚀发动机叶片航空-延寿(2~4倍)飞机主轴承航海Ta抗磨损航空仪表轴承航海、航天Pb、Ag固体润滑我国轴承应用评价技术与远程控制技术落后轴承检测与评估技术包括轴承台架试验、试车考核以及结果分析与反馈，建立轴承加工工艺与轴承性能间关系等内容，轴承定寿通常由试验器试验和发动机台架试车确定等。轴承台架试验：通过台架测试确定轴承寿命、可靠度、精度与噪音等，对无试车验证轴承而言(风电)，台架测试是最终测试；轴承试车验证：在台架测试基础上进行环境因素影响测试，轴承安装维护；寿命评价体系：根据真实地试验数据,建立制造工艺-疲劳寿命、元件疲劳寿命、装配疲劳寿命和轴承试验器疲劳寿命主体定寿方法；需要建立从工艺到轴承试验器试验寿命评价技术体系，台架试车、服役、视情维护辅助定寿方法，以解决主轴承制造难、定寿更难问题。轴承应用技术我国轴承工业未来发展方向先进轴承设计技术

1.轻量化单元化2.尺寸参数形状3.精度与粗糙度4.形貌与摩擦学5.极限应力设计…高端多样材料技术1.窄成分控制2.超高纯冶炼3.均匀化轧制4.碳化物球化5.新材料开发……………..先进精密加工制造技术1.加工装备自动化2.无应力集中加工3.超高精密度加工4.新型细化热处理5.长寿命表面改性…….高可靠的验证考核装备技术1.台架验证2.实车考核3.理论定寿4.延寿研究5.远程控制

…………...＋＋＋首先实现与国外高端产品在设计技术、材料技术、加工制造、远程监测控制和验证考核等四大技术的整体对标，通过四大技术的共性基础研究的协同创新和基础材料、基础工艺和基础装备的改进，实现我国轴承的升级换代和轴承工业的整体进步。围绕高端轴承零部件，进行设计、选材、制造、零部件工艺(压力加工、热处理及精密冷加工)和应用技术(环境、寿命与远程监测控制)，形成“用产学研”创新链，进行协同创新。轴承钢种类及其应用轴承钢是制造轴承的主要材料，基本上可分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、中碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢及无磁轴承钢等系列钢种。1.高碳铬轴承钢：高碳铬轴承钢是轴承钢代表钢种：GCr15、GCr18Mo，占到总量的90%以上；2.渗碳轴承钢：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,能承担较大冲击。代表品种G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等。美国渗碳轴承钢占轴承钢总量30%，而我国仅占3%，成为高铁、机床与冶金轴承国产化的制约因素；3.中碳轴承钢：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的特大尺寸轴承，

代表钢种50CrNi及S53C等；4.不锈轴承钢：马氏体不锈钢,9Cr18和9Cr18Mo。主要应用于化工、石油、造船、食品工业等部门。该类钢中夹杂物与碳化物控制水平仍然需要进一步提高；5.高温轴承钢：M50(8Cr4Mo4V)和M50NiL是含Mo高温不锈钢,工作温度在315℃；CSS-42L是渗碳高温钢可以使用到500℃以上。X30钢是一种高氮(0.42%)超高强不锈钢，耐蚀性能比M50高出几十倍。主要应用于航空、航天工业喷气发动机、燃汽轮机和宇航飞行器制造领域；6.无磁轴承钢：低强度和低硬度(18-8);高强度和高硬度(G60)和低模量轴承合金60NiTi等。总的来说高碳铬轴承钢的韧性差、渗碳轴承钢成本高、中碳钢品种少、不锈轴承钢的均匀度差，第二代高温轴承钢批量稳定性不足和第三代高温轴承钢研发落后。二、国外先进轴承钢材料及热处理介绍典型民用及军用轴承钢介绍钢类标准钢号非标准钢号或其意义高碳铬轴承钢GCr15,GCr15SiMn,GCr18Mo等中碳铬轴承钢42CrMo，65Mn2，70Mn2G8Cr15,50CrMo4(降低碳含量)低铬轴承钢无铬轴承钢GCr4,GSiMnV(RE),GSiMnMoV(RE)等GSiMn(RE),添加稀土及微合金化；渗碳轴承钢G10CrNi3MoA,20Gr2Ni4A，(20GrNi2MoA)20Cr2Mn2SiMoA,(20Cr2Mn2MoA)中高温及不锈轴承钢中温:GCrSiWV,高温:GCrMo4V,GCr14Mo4V不锈:9Cr18Mo(440C)1.民用轴承钢：按化学成分及特性分为五大类2.军用轴承钢：按化学成分及特性分为五大类钢类标准钢号级别划分高碳铬轴承钢GCr15,9Cr18Mo第一代室温轴承钢高碳铬钼轴承钢M50,BG42第二代中温轴承钢渗碳铬钼镍轴承钢M50NiL第二代中温轴承钢渗碳高钴轴承钢CSS-42L第三代高温轴承钢高氮不锈轴承钢Cronidur30第三代不锈轴承钢民用轴承钢：从有Cr到低Cr甚至无Cr发展，降低成本；从高碳向渗碳发展，降低二次碳化物，提高寿命和稳定性；从普通向耐蚀发展，提高耐蚀性及其特殊用途；从低合金到高合金发展，拓展轴承钢使用范围；军用从高碳到渗碳，低温到高温，普通到不锈，无氮到高氮，从无微合金化走向微合金化。轴承钢总体发展趋势是在高洁净度炼钢平台基础上，实现低成本、高性能、稳定化和新型化：国外超高纯高端轴承钢介绍国外超高纯净度长寿命轴承钢国外上世纪90年代，开发了超高纯净度冶炼技术与连铸技术，形成了日本EP钢和瑞典IQ钢，重要指标为氧含量4-6ppm，钛含量6-10ppm，最大夹杂物DS<11um。NSK长寿命轴承研发路线图强调了轴承材料、热处理与润滑密封三大技术国外高品质轴承钢介绍国外超高纯净度长寿命轴承钢EP钢和IQ钢介绍:日本EP钢重要指标为氧含量4-6ppm，钛含量6-10ppm，最大夹杂物DS<11um。而德国IQ钢为氧含量4-6ppm，钛含量8-12ppm，最大夹杂物DS<15um，但具有各向同性。瑞典IQ级轴承钢日本超高纯净轴承钢日本SANYO的EP级轴承钢和瑞典OVAKO的IQ级轴承钢等超高纯净轴承钢的质量水平都超过电渣钢，都达到甚至超过双真空轴承钢，达到极限了！日本的EP级轴承钢中夹杂物日本EP级轴承钢与Z级轴承钢中夹杂物含量与尺寸对比，EP级轴承钢中氧含量与钛含量结果。日本三阳的两种级别轴承钢Z级轴承钢和EP及轴承钢瑞典IQ钢中夹杂物与性能示意图轴承钢中夹杂物数量与夹杂物尺寸严重影响着轴承钢接触疲劳寿命与悬弯疲劳强度。需要建立轴承钢性能与夹杂物含量与尺寸间定量关系！OVAKO的CQ、PBQ和IQ等级别轴承钢介绍OVAKO的IQ及其它轴承钢介绍国外高品质轴承钢欧洲的含氮轴承钢X30和美国Latrabe公司的CSS-42L高强耐高温不锈轴承钢X30含氮轴承钢具有比440C高出100倍的耐蚀性能，同时耐温350℃CSS-42L钢具有耐500℃、Akv>90J和表面硬度到67-70HRC的超高表面硬度。N含量对碳化物影响及欧洲含氮轴承钢440Cwith0%NX15DNWwith0.1%NX30with0.3%N德国超耐蚀不锈轴承钢(Cronidur30)，可以大幅度提高不锈轴承钢的耐蚀性能和耐温性能，可以用做高温轴承钢和超低温轴承钢。可以看出，高氮的合金化可以大幅度降低腐蚀电流和腐蚀电位，提高耐蚀性，同时高氮轴承钢的硬度可以达到58HRC以上，满足轴承使用要求。1000倍下退火组织含氮钢与其它高温轴承钢对比美国Latrobe公司高强不锈渗碳轴承钢

美国Latrobe公司的超高强不锈渗碳轴承钢(CSS-42L)CSS-42L耐温达到500℃中心马氏体组织目前钢研院已形成12Cr-14Co-5Mo高温渗碳轴承齿轮钢试制技术条件，并应用到航空轴承齿轮上。日本的SHX中碳轴承钢日本的SHX轴承钢SHX)低成本耐热轴承钢，耐温达到300℃，寿命高于GCr15.FeaturesofSHXbearingsteel:1.Heat-resistance(M50)withoperatingtemperatureupto300℃;2.Wear-resistance

(sametoM50,butonly1/7ofSUJ2);3.Indentation&Seizing-resistance(M50);4.Highspeedrotation:HighDnoverthan2Mrpm;5.Longlife(4timelongerthanSUJ2)美国NASA超弹性轴承合金特点：低密度、低模量、耐高温和耐腐蚀等特点。国外低成本高温轴承钢(低Cr+Ni+Mo等)低成本高温钢包括表面硬化型和全淬透性两种，其合金含量远远低于M50、M50NiL、Cronidur30、BG-42、Prewear675和CSS-42L等高温轴承钢。1.表面改性提高疲劳寿命通过引入残余压应力可以大幅度提高轴承钢的接触疲劳寿命：那提高性能的根本原因或物理机制是什么？欧洲与日本的最新热处理研究进展2.传统渗碳与等离子渗氮对轴承的作用3.M50及M50NiL钢的其热处理M50NiL钢渗碳后的亚表层软化问题全淬透轴承钢的表面CN共渗通过对全淬透轴承钢进行CN共渗，可以大幅度提高轴承钢寿命！最高V-型冲击达到14J先进表面改性：磷化处理及其它表面工艺通过先进的表面磷化处理（AP）可以大幅度提高轴承钢的接触疲劳寿命：目前机制也不是特别清楚？是提高耐蚀吗？据说现有轴承以腐蚀点的多少评价！表面离子注入改善轴承钢的性能：寿命、耐磨与耐蚀主要部件系统应用环境注入离子应用效果发动机轴承卫星Ti+C延寿发动机柱塞/斜盘航空-耐磨、延寿发电机轴承火箭Cr改善点蚀直升机主轴承航海Cr、Cr+C防腐蚀发动机涡轮叶片、钛合金阀门与叶片航空-延寿（2~4倍）发动机燃油塞泵航空Ti+C、Cr+C耐磨、延寿飞机主轴承航海Ta抗磨损航空仪表轴承航海、航天Sn降低摩擦发动机仪表轴承航海、航天Pb、Ag固体润滑航空仪表轴承航海、航天Pb、Ag固体润滑北自所金杰供注入引起固溶/析出及位错强化——提高抗疲劳性能非晶微晶高密度位错轴承钢表面离子注入应用及机制北自所金杰供轴承钢的表面完整性制造概念

切削、磨削与表面白层控制轴承钢切削造成的残余应力轴承钢磨削造成的残余应力轴承钢加工(切削与磨削)造成的表面结构变化，白层与黑层结构。表面完整性概念包括了不仅仅对轴承加工带来的表层应力变化，还有加工流线的变化，更重要的是后续表面热处理所带来的对加工硬化层的表面组织改造(表面强化、热处理与改性)。通过一系列控制达到长寿命和高可靠性的表面控制。多维多尺度复合层状结构轴承制造概念

与相关集成技术轴承多层复合结构特点：轴承钢(内外圈与滚动体)表面不仅仅是一层表面，而是多层表面(最表面超薄层、亚表层硬化层与心部强韧化层)；轴承多层复合结构控制：轴承加工表面硬化层控制轴承热处理表面改性控制轴承亚表层超强硬化控制轴承心部强韧化控制轴承长寿命控制技术轴承设计技术(尺寸、摩擦、润滑与受力)轴承精密加工制造技术轴承多步热处理技术轴承轴承表面硬化技术轴承表面改性与涂镀技术多维、多尺度与功能化轴承制造技术1.轴承部件基体强韧化渗碳轴承钢的淬回火，全淬透轴承钢韧化处理，新型双阶段碳化物与基体细化热处理2.轴承部件亚表层超硬化热处理传统渗碳/渗氮热处理及碳氮共渗热处理，表面感应或激光硬化处理，深冷回火处理3.轴承部件表层的改性处理喷丸与喷砂表层处理，表面改性处理，表面镀层处理，表面粗糙度控制9Cr18Mo轴承钢碳化物细化热处理常规单次淬火热处理双阶段热淬火处理通过双阶段淬火，改变碳化物类型，促进碳化物细化，改善韧性和提高寿命GCr15轴承钢的双阶段淬火晶粒细化

国外的GCr15钢的特殊热处理技术

碳化物和晶粒细化FA-treatment目前我国对奥氏体化工艺对轴承钢组织结构及性能影响的研究不是特别深入，有必要深入开展热处理工艺对轴承钢接触疲劳寿命影响的研究，形成轴承钢的特殊热处理技术。在高洁净度冶炼技术基础上，通过特殊热处理不仅细化晶粒，也细化碳化物，改善碳化物分布；这样即可以提高强度和硬度，又大幅度提高轴承接触疲劳寿命不小于3倍。DCT(深冷处理)对最终硬度影响-LDCTWithout-DCTWith-DCT高碳铬轴承钢碳化物快速球化超长寿命含大量奥氏体轴承钢开发目前国外进行了含大量奥氏体轴承钢钢，即超长寿命轴承钢研发，比传统轴承钢高出10倍的寿命。其热处理工艺被称为特殊热处理。超细均匀分布碳化物组织超高奥氏体含量和超高硬度常规渗碳钢、高寿命钢与超长寿命钢的寿命比较常规高碳轴承钢、高寿命钢与超长寿命钢的接触疲劳寿命比较亚稳奥氏体含量与抗凹坑疲劳影响SHX钢碳氮共渗热处理效果高转速表面高奥氏体化需要解决的问题需要提高奥氏体的稳定性；需要提高奥氏体的强度；需要新型低成本轴承钢材料。

夹杂物细化与接触疲劳寿命关系夹杂物细化与均匀化是提高轴承钢疲劳寿命的关键因素：NSK两类轴承钢，尽管氧含量基本一致，但疲劳寿命不同。因此有必要通过研究提出经济洁净度概念，形成相关技术工艺(细质化、均匀化与洁净度间的关系研究)。轴承钢低温控轧控冷与应用轴承钢网状碳化物轴承钢带状组织通过低温控制控冷减轻轴承钢网状碳化物问题与轴承钢中的带状组织。目前这是世界性的难题！有望通过非均匀轧制和动态再结晶进行解决！应用环境表面处理特殊热处理新材料1.NSK长寿命轴承研发路线图：先进国家的轴承在使用寿命、可靠性、Dn值与承载能力等方面远远领先于我国,大概是我们同类轴承2-4倍。下图借用NSK公司轴承钢研发路线图说明影响轴承性能的各种因素。通过研发、应用、设计制造与选材相结合，体现了考虑新材料、新工艺和环境因素等系统因素，来设计长寿命高性能轴承及大型精密模具的思路。NSK公司长寿命轴承的研发路线图强调材料技术、热处理技术与润滑技术等三大技术和设计技术。总结：国外轴承钢长寿命技术介绍2.各向同性:OVAKO公司各向同性钢(IQ-Steel),疲劳强度、韧性和夹杂物无方向性。4.SHX钢及特殊热处理技术:通过特殊热处理细化晶粒和细化碳化物,改善碳化物分布；这样大幅度提高钢的接触疲劳寿命(不小于3倍)。5.表面处理技术:深度渗氮技术、表面渗碳和碳氮复合渗技术,表面残余奥氏体调控技术以及表面加工精度对工模具及轴承钢使用性能具有很大影响。6.表面完整性加工制造概念3.EP及TF钢技术:NSK超长寿命EP钢及TF轴承钢开发。超长寿命轴承钢比传统高10倍寿命。接触应力的计算:计算基于轴承钢弹性变形，接触应力也叫赫兹应力。对于线接触，弹性力学给出的接触应力计算公式。弹性应变变形与最大接触应力Hertz应力计算假设：弹性体材料各向同性；②接触应力不超过弹性极限；③接触面积要足够小；④压力垂直于物体的接触表面。三、国内外轴承钢研发理论及质量控制1.基于轴承钢弹性变形思考轴承对轴承钢的基本要求与理论1.Hertz应力是外加载荷和材料的弹性模量的函数：2.轴承钢的旋转弯曲疲劳强度s-1：如果维持Herz应力不变，则降低材料的弹性模量一倍，则外加载荷则可以提高一倍：如何降低弹性模量？3.轴承材料疲劳准则：弯曲疲劳强度s-1与Hertz应力sH为了适合轴承材料疲劳准则，可以从以下两个方面入手，寻找措施：(1)降低Hertz应力：开发新型低模量轴承材料和减小材的弹性模量。(2)提高疲劳强度s-1：提高基体强度、进行表面强化、对夹杂物及碳化物质量控制。国外低模量超弹性轴承合金研发材料开发计算软件重视材料设计源头-基本出发点。然后通过计算和模拟进行材料开发！低模量60NiTi轴承合金材料新研发材料60NiTi特点：低模量、低密度、高硬度和无磁性！通过织构控制降低弹性模量钢铁材料晶体取向与弹性模量间的关系从理论上讲通过形变、再结晶与相变的结合，可以获得低模量的轧面取向(100)，从而获得模量仅仅为165GPa，比传统的210GPa低20%。那么载荷可以提高20%。通过表面改性增加弹性范围？拓宽弹性范围原弹性范围通过引入残余压应力可以大幅度提高轴承钢的接触疲劳寿命：那提高性能的根本原因或物理机制是什么？对压缩强度残余应力与屈服强度具有同样作用！通过表面硬化处理改善轴承性能真空表面DH超硬化与离子注入

针对国外新型热处理研究报道，进行轴承钢生产及轴承制造相关的热处理新装备与热处理新工艺研究，控制轴承钢中的碳化物和残余奥氏体，这包括整体热处理与表面热处理(主要是碳化物、残余奥氏体及基体组织控制)。轴承钢的表面离子注入、表面渗碳、渗氮及碳氮复合渗技术(DH)。如何开发大规模工业化的离子注入技术？和低成本的轴承钢及碳氮共渗技术？获得新合金相注入到基材内部，不存在剥落问题可室温进行，不改变尺寸精度粗糙度可注入航空材料、高分子、复合、陶瓷等材料性能改善显著几乎可以注入任何元素实现精准的元素掺杂、原子混合近尺寸改性，作为最后的处理工艺低压渗碳技术提高基体强度提高悬弯疲劳强度s-1和韧性研发思路：能否用中碳钢甚至全淬透钢替代(部分替代)传统渗碳钢，目的是提高s-1和降低渗碳造成的成本，同时不降低性能。目前已初步进行了全淬透钢的部分试验和中碳渗碳钢的调研工作。空冷硬化轴承钢表面感应型(高碳轴承钢)中碳渗碳型40CrSiMo节能型中碳轴承钢传统渗碳轴承钢轴承钢夹杂物理论与夹杂物控制接触疲劳寿命不仅受到夹杂物类型的影响，还受到夹杂物含量和尺寸的影响！2.基于夹杂物裂纹扩展思考轴承钢夹杂物控制及其相关理解从弹性模量的影响来看，几种夹杂物的应力集中度均在1.2-1.5之间，低于夹杂物1-3.5的实际影响。但接触疲劳寿命与夹杂物类型确实存在直接关系，这可能与夹杂物尺寸和数量密切相关。基体弹性应变变形与夹杂物形变的差别：弹性模量E(GPa)HV密度MnS：138200?

4.057TiN：31724505.398Al2O3:37514403.96AlN：33412303.263Fe：2107007.8-8Al2O3MnSTiN夹杂物对G-cycle寿命轴承钢的影响简单预测(归纳)：接触疲劳寿命与夹杂物含量存在密切关系，即L10~fv-0.38，是寿命控制因素；极限疲劳应力与夹杂物的尺寸密切相关，是控制因素；接触疲劳分为表面剥落和亚表层起裂，决定了两张解决方案；夹杂物类型存在影响，但对超长寿命情况下硫化物的作用研究不清楚。轴承钢中夹杂物数量与夹杂物尺寸严重影响着轴承钢的接触疲劳寿命与悬弯疲劳强度。需要建立轴承钢性能与夹杂物含量与尺寸间的定量关系！轴承钢服役过程中塑性形变轴承钢疲劳并非是全弹性变形控制，其近表层发生塑性变形，这说明轴承钢在服役过程中发生了微屈服，导致塑性变形积累，从而在夹杂物附近疲劳！轴承钢服役过程塑性形变现象

微屈服形变积累轴承钢塑性形变结果由轴承钢塑性形变导致的缺陷轴承钢疲劳寿命的两种表现：表面与亚表层轴承钢的接触疲劳破坏方式基本上可以分为表面起源与亚表层起源。现在的表面超硬化、表面改性、喷砂喷丸、离子注入与表面沉积等表面改造可以降低疲劳表面起源。而亚表层控制的疲劳破坏则需要降低夹杂物的含量与尺寸等。轴承钢服役过程中裂纹扩展轴承接触疲劳破坏两种方式：表面裂纹起源亚表层裂纹起源解决方式也可以有两种：表面改性技术；夹杂物控制技术；目的都是抑制裂纹扩展。轴承钢疲劳S-N曲线及其机制无论是表面引起疲劳还是亚表层引起的疲劳，都可以归结为夹杂物行为。疲劳不仅是运转周次所决定的，同时也是应力所决定的。但由于不同疲劳寿命试验是在不同应力下测得的，故而无法比较应力因素。轴承钢中裂纹扩展及未来定量化研究思路轴承钢的接触疲劳寿命归根结底是裂纹扩展速度与裂纹平均自由程所决定的，未来需要建立裂纹扩展速度与实际应力间的关系，结合裂纹平均自由程来对轴承钢的接触疲劳寿命进行预测：L10~f(s，D)，或者L10~f(s，fv)。钢铁冶炼生产流程的发展钢铁冶金从原始的木炭炼铁发展到了现在的高炉炼铁、转炉/电炉炼钢、炉外精炼和连铸/模铸的现代化钢铁的冶炼流程。原始的木炭炼铁现代化的钢铁冶炼流程钢铁冶炼流程、装备、和工艺的进步，大幅度提高了钢铁产品质量、钢铁品种的多样化和钢铁材料使用性能的提升，出现了板带材、棒线材、精密铸件与锻件等应用在各行各业的先进钢铁材料。除了传统的钢铁冶金，还有电渣冶炼、双真空冶炼等特殊冶炼流程。四(一)、高端轴承钢质量控制技术现代轴承钢几种冶炼方式介绍真空脱气冶炼轴承钢的冶炼、铸造、

轧制与热处理真空脱气轴承钢的质量极限可以超过电渣轴承钢，达到甚至超过双真空轴承钢。目前欧洲与日本已经做到这一点。我国在这方面有很大差距，需要在原材料成分精确控制、转炉终点脱氧元素控制、炉外精炼的精炼渣碱度与工艺控制、连铸的工艺控制及热轧的控轧控冷等进行深入研究，实现轴承钢的纯、净、匀、细与稳。常见的几种高端轴承钢冶炼设备：ESR、PESR&VARVAR：(真空自耗、真空重熔)ESR：(电渣重熔)PESR：(加压电渣重熔)电渣重熔成为一些高端轴承的用材。但电渣钢中的氧含量与夹杂物依然较高，比如氧含量在15-30ppm以上！而且成本高出真空脱气钢约2000元以上。未来需要进一步降低氧含量与夹杂物。加压电渣重熔可以进行N合金化。在加压的情况下，可以获得N含量达到0.4%的水平，形成较细的碳化物和提高高的耐蚀、耐温等性能。我国目前尚没有形成高氮轴承钢的加压电渣设备和技术。鉴于电渣钢的氧含量和夹杂物含量较高特点，需要借鉴脱气轴承钢的某些优点进行改造需要进行加压电渣技术研究。特殊冶炼与传统冶炼的技术融合研究。AM、ESR与VAR等冶炼方式轴承钢

冶金质量影响不同冶炼方式对轴承钢质量与性能的影响电渣钢的接触疲劳寿命是大气冶炼钢的3倍，而双真空乃至多真空冶炼的接触疲劳寿命是大气条件下冶炼钢寿命的6倍！缺陷类型白斑暗斑放射状偏析环状偏析级别AAAA低倍组织（ASTMA604）双真空轴承钢的冶金质量A类B类C类D类细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系0000001.00非金属夹杂物（GB/T10561）晶粒度（GB/T6394截点法）热处理工艺Φ90mm棒Φ50mm棒1100℃×1h油冷,-75℃×1h空冷，500℃×2h空冷3.66级4.16级φ90mm圆棒晶粒度φ50mm圆棒φ90mm圆棒低倍双真空轴承钢具有良好的低倍组织与夹杂物控制，但轴承钢的晶粒过于粗大！轴承钢冶炼与连铸发展方向一、真空脱气轴承钢超纯冶炼及新型轴承钢研发1.真空脱气钢超高纯：转炉成分精确控制、炉外精炼的精炼渣与工艺、连铸过程中间包冶金与均匀性控制等；形成国产超高纯技术和量大面广产品。

2.新型功能型轴承钢：中碳、Cr、Mn、Si和Mo等新型室温轴承钢(如SHX和G40)，低Cr耐400℃高温全淬透轴承钢、中碳轴承钢和渗碳轴承钢。3.稀土与N合金化：稀土与氮在超高纯轴承钢合金化作用及其低成本产品；4.真空脱气装备研究：真空脱气设备的超高纯与均匀化设备研究，实现极限夹杂物含量与均匀度、优异低倍组织和碳化物的良好均匀度。二、电渣重熔轴承钢的超高纯发展

1.电渣钢的高纯化：通过工艺改进，降低氧含量，从而减少夹杂物数量。2电渣钢装备研究：实现极限夹杂物含量与均匀度、优异低倍组织和碳化物控制。开展加压电渣装备研究，实现低成本不锈轴承钢技术。三、双真空航空级轴承钢的组织控制稳定化1.双真空钢的组织细化与均匀化：通过材料研发和工艺改进，实现双真空轴承钢的组织细化与均匀化。2双真空装备研究：实现极限夹杂物含量与均匀度、优异低倍组织和碳化物的良好均匀度。四、如何整合三种冶炼方式优点进一步提升轴承钢冶金质量。真空脱气钢生产流程与夹杂物碳化物控制通过材料窄成分控制、转炉控制终点C和Ti、转炉扒渣、LF+RH减少夹杂物、中间包冶金实现低过热度浇注、连铸控制实现匀细化、热轧TMCP与球化退火在线化。连铸是最难以控制的工段！但与均匀性相关！[S]f

50ppm处理时间:15min；T.O

10ppm。轴承钢冶炼各工序控制参数高碱度、高Al2O3含量炉渣；处理时间:45min左右。终点[C]：0.05-0.10%。出钢过程加入Al脱氧和部分渣料(石灰、萤石等)。王新华-2010ppt炉外精炼是炼钢关键技术，是现代炼钢流程一个重要工序，是保证钢质量的重要手段。国内外技术进步表明，炉外精炼技术是生产优质轴承钢的重要手段，具有很好的冶金效果。炉外精炼可以提高钢的质量和生产能力，缩短冶炼时间，有效地提高钢的纯净度，确保化学成分和组织均匀性。有些国家已能生产“极低氧含量”或“超纯”轴承钢。日本爱知钢铁炉外精炼经验RH脱氧速率高于LF；LF与RH的任务分工：LF精炼主要任务是形成高碱度、强还原性炉渣(T.Fe+MnO≤0.5%，碱度≥5)；RH精炼的主要任务是降低钢水T.O含量。RH精炼时间：30~40min。J.Eguchi,etal.,Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress,1990,Nagoya,ISIJ,844通过渣-钢间反应对钢液[Al]、[O]、[Ca]、[Mg]等进行控制，进而再通过钢液[Al]、[O]、[Ca]、[Mg]等对夹杂物进行稳定控制。需要研究液态金属中各种元素间作用与夹杂物关系！王新华老师讲义高端轴承钢全流程及冶炼工艺工艺全流程控制工艺的重要性日本超纯净EP钢将[O]控制到~5ppm，[Ti]~6ppm!与国内的最大差别在哪里？轴承钢超高纯高碱度精炼渣技术上海钢研2006年第2期pp10-15真空脱气轴承钢连铸技术(中间包加热)连铸控制参数：中间包冶金技术，是炉外精炼化学冶金的重要进展，电磁搅拌与轻压下技术，是铸坯质量均匀性的重要保证！但作为液固界面转换，其控制措施研究还应进一步加强。控轧控冷与网状碳化物与带状组织G20CrNi2Mo钢中4级带状碳化物GCr15SiMn钢大于3级网状碳化物在轴承钢的夹杂物质量达到EP级及IQ级别后，其网状碳化物与带状碳化物质量控制问题凸显，未来控制控冷将成为碳化物研究主要方向。比如控制控冷铸坯温度梯度控制与动态再结晶控制等均匀化与细质化技术。厂名生产工艺[O]TiAl%S%P%SKF100tEF-ASEA-SKF-IC8.2×10-613×10-60.0360.0200.008山阳90tEF-倾心炉底出钢-LF-RH-CC5.4×10-615×10-60.011~0.0220.002~0.013神户铁水预处理-转炉-LF-RH-CC4.0×10-67×10-60.016~0.0240.00260.0063爱知80tEF-LF-RH-CC7.0×10-615×10-60.0300.0020.001和歌山转炉-RH-CC6.0×10-612×10-6高周波EF-ASEA-SKF吹氩6.0×10-69×10-60.0140.0140.008高速动车轴承用真空脱气轴承钢的核心控制技术与机理研究(今年提交的基金内容)高铁轴承钢的超高纯与洁净化控制高铁轴承钢夹杂物与碳化物均匀性研究除了以上提到的夹杂物与碳化物控制技术，轴承钢质量的定量检测技术是根本，是保证轴承钢质量的核心技术；需要细致深入研究，实现轴承钢质量的定量化。下面要详细探讨其意义与重要性。高品质轴承钢控制方向与控制技术原材料精确控制技术计算机定量控制技术高品质轴承钢核心控制技术与装备通过对原材料控制达到超高纯、通过炉外精炼达到夹杂物控制、通过连铸控制达到均匀化细质化和稳定化。国外轴承钢质量与性能四(二)高端轴承钢质量定量检测技术轴承钢质量控制与轴承性能间定量关系建立需要对轴承钢的质量进行定量检测和评价。高端轴承钢质量与性能评价轴承钢质量(夹杂物、低倍等)的优劣主要从三个方面来衡量：1.纯净度(钢中夹杂物含量)，主要是氧化物含量;2.轴承钢的均匀性，一般指夹杂物形态和分布;3.钢材表面质量，包括尺寸精度和表面裂纹等。各种标准进行轴承钢定性或半定量评价

1.非金属夹杂物标准图谱及评定方法(基于JK(Jernkontoret)图)

2.国外定量评价方法ASPEX和C-SCAN等3.牛津与钢研进行的EBSD法定量评价。轴承钢性能定量检测：拉伸性能、疲劳极限应力、疲劳寿命、物理性能和化学性能等。轴承钢中夹杂物与碳化物定量检测

-宏观缺陷与微观缺陷-宏观缺陷：超声波检测裂纹评测微观缺陷：夹杂物(ASPEX)与碳化物(EBSD)和C-SCAN等现在轴承钢的夹杂物与碳化物检测朝着有原来的定性/半定量向着定量的方向发展，国外已经完全走向定量的夹杂物与碳化物检验与检测。我国轴承钢质量定性或半定量评价定性或半定量图谱检测方法对于一般轴承钢基本可以描述，但对于超纯净及超高纯净轴承钢的质量已经无能为力了。比如用半定量的标准，已经无法表述SANYO的Z级和EP级轴承钢的质量差别。非金属夹杂物评级图谱(

ISO-半定量)国内外夹杂物质量的定性表征结果对比种类国外钢厂(SANYO/OVAKO)ABCDDSTHTHTHTHG20-EP1.501.50--0.500SUJ2Z1.51.50.50--1.00.50SUJ2Z1.51.01.00--0.500IQ-GCr150000000.500BQ-GCr151.5000000.50种类国内钢厂(选取四个高水平厂)ABCDDSTHTHTHTHNX-10.50.50.50--0.500.5BD-20.500.50--0.500GS-30.500.50--0.500CX-40.50.50.5000000双真空G130000001.000从对夹杂物B系和D系的控制水平来看，国内钢厂的夹杂物控制水平已经达到国外超高纯级别了！夹杂物半定量表征已经不适应了！需要进行夹杂物定量表征技术研究！我国轴承钢等级分类与国内外实物对比冶金质量ABCDDS细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系合格级别，不大于优质钢2.51.52.01.00.50.51.01.02.0高级优质钢2.51.52.01.0001.00.51.5特级优质钢2.01.51.50.5001.00.51.0IQ0000000.500BQ1.5000000.50G20-EP1.501.50--0.500SUJ2-Z1.51.50.50--1.00.50GS-30.500.50--0.500CX-40.50.50.5000000轴承钢夹杂物与碳化物的定量评价技术

-ASPEX的夹杂物定量分析应用-ASPEX夹杂物原始分析数据利用ASPEX设备测定的夹杂物参数，对夹杂物分布及其最大值预测进行了科学研究，发现ASPEX可以对夹杂物总量、分布、平均值以及最大值进行定量分析。GCr15SiMn钢工业化试制GCr15SiMn钢质量定量表征结果电渣GCr15SiMn连铸GCr15SiMn高端轴承钢质量定量表征结果如何控制钢中夹杂数量、类型、分布及尺寸日本山阳轴承钢SUJ2国内某企业轴承钢如何控制钢中夹杂数量、类型、分布及尺寸日本山阳轴承钢SUJ2国内某企业轴承钢高端轴承钢质量定量表征结果山阳轴承钢-Z国内某钢厂轴承钢国外钢不仅Al2O3少，而且MnS仅仅是国内的2-3%。国内含硫夹杂占主导地位。为什么硫化物有这么大的差别？国外Ti夹杂占5%，估算国外夹杂物总量在0.1%左右，而国内Ti夹杂为20%，估算夹杂含量为？？高端轴承钢质量定量表征结果轴承钢碳化物种类及半定量评价标准GCr15中的(Fe,Cr)3C

Cr4Mo4V中的M2C

Cr4Mo4V中的MC

G13Cr4Mo4Ni4V渗碳层中的M6C+MC9Cr18中的M7C37Cr14Mo中的M23C6碳化物评定图谱(ISO5949)轴承钢碳化物质量定量评价技术

-碳化物的EBSD定量标定-通过EBSD可以将碳化物的分布、种类及其尺寸进行定量表征，为轴承钢碳化物对其接触疲劳寿命和耐磨性的定量研究奠定了基础。目前我们正准备与牛津公司合作，进行轴承钢中夹杂物与碳化物的EBSD定量表征联合研究，计划形成轴承钢夹杂物与碳化物的EBSD定量表征技术与标准。退火态热轧态轴承钢疲劳与耐磨等实验设备

---轴承钢性能测定---RTcontactfatiguemachine(JP-52)HTcontactfatiguemachineTherollingcontactfatiguelife(LRCF)ofthebearingsteelscouldbeexaminedbyour-ownedequipmentsatroomtemperatureandhightemperature.2014年，对多种轴承钢(GCr15,GCr15SiMn,B3065及系列含氮钢等)的接触疲劳性能和耐磨性能的测试与评价，为传统钢种性能改进及新品种开发，提供了必要支持，设备利用满负荷。Wearresistancemachine高端轴承钢基本力学性能及其数据库性能指标G20CrNi3MoG13Cr4MoNi4VG13Cr14Ni2Co12Mo4VNb冶炼工艺双真空双真空双真空表面硬度HRC60~6460~65（渗碳后）65~70（渗碳后）屈服强度MPa124012701350极限强度MPa145015001840延伸率%13.714.016.0旋转弯曲强度MPa900（渗碳后）793（芯部）1300（渗碳后）863(芯部)>1100(渗碳后)断裂韧性MPa√m10057109耐蚀性能-+++最高使用温度℃180350500需要建立轴承钢基础数据库1.高端轴承钢生产控制数据：高端轴承钢生产自动化控制数据；2.高端轴承钢基本性能数据：轴承选材、设计、应用基础数据；3.高端轴承钢热处理工艺：性能提升；4.高端轴承钢的表面硬化工艺：性能提升；5.高端轴承钢应用性能数据：轴承应用数据，便于检测控制；6.轴承钢质量与性能关系数据：材料性能提升与新材料研发；轴承钢大流程研发思路(1)材料研发与钢厂合作:传统材料性能提升及新型材料研发；(2)装备和工艺与钢厂轴承厂合作:新型热处理装备与新型热处理工艺；(3)轴承钢的推广应用与用户合作:基于应用要求的轴承钢及轴承研发。传统与新型材料研发思路鉴于对低成本、长寿命与高可靠性轴承需求，进行传统轴承钢提升和新型轴承钢研发：这包括传统轴承钢中夹杂物的高纯化、均匀化与细质化控制技术研究和新型低成本、功能性轴承钢研究。形成不同等级的系列轴承钢，并开发出国产EP钢和IQ钢(主要是夹杂物控制)。新型装备及热处理工艺思路针对国外新型热处理(SHX)研究报道，进行轴承钢生产以及轴承制造过程中热处理新装备与热处理新工艺研究：形成轴承钢生产和轴承制造过程中的轴承钢碳化物控制技术，这包括心部碳化物控制与表面热处理(主要是碳化物控制)。轴承钢推广应用思路针对应用领域对轴承及轴承钢特性需求，进行环境因素与轴承钢间作用的破坏机理的基础理论研究：高疲劳型、高载荷型、高耐磨型及特殊功能型，为材料研发和热处理工艺提供方向，开发超长寿命的TF轴承。五、一些基础研究和钢种开发高端轴承钢发展方向欧洲采取的低成本、高纯净与高性能的发展思路，夹杂物类型控制是其主要发展方向，主要进行全淬透轴承钢的发展思路；具有代表性钢种为GCr15和合金钢系轴承钢；美国主要采取渗碳钢的发展思路，保证轴承具有足够韧性；比较具有代表的是9310及其它渗碳钢；日本兼顾全淬透与表面硬化，着重进行超高纯轴承钢研发，目前日本超高纯研发已接近极限。代表性钢种为超高纯GCr15和G20系列。同时进行低成本和功能性轴承钢开发。1.真空脱气轴承钢研究(纯/净/匀/细/稳)1.真空脱气全淬透钢(GCr15和GCr18Mo等)(1)超高纯控制:[O]≤0.0006%，S≤0.002%，P≤0.008%，Ti≤0.0015%，Ca≤0.001%，As≤0.04%，Sn≤0.03%，Sb≤0.005%，Pb≤0.002%；(2)非金属夹杂物及探伤要求:A+B+C+D≤1.5级、Ds≤0.5级，发纹检测无发纹(GB/T10121磁粉检测和GB/T15711酸浸)，超声波探伤按GB/T4162标准AAA级，报警判废率≤0.5%；2.真空脱气表面硬化钢(G20CrNi2Mo,G20Cr2Ni4,S53C

和SHX)

(1)超高纯控制:[O]≤0.0010%，S≤0.002%，P≤0.008%，Ti≤0.0015%，Ca≤0.001%，As≤0.04%，Sn≤0.03%，Sb≤0.005%，Pb≤0.002%。(2)非金属夹杂物及探伤要求:非金属夹杂物A+B+C+D≤1.5级、Ds≤0.5级，发纹检测无发纹(GB/T10121磁粉检测和GB/T15711酸浸)，超声波探伤按GB/T4162标准AAA级，报警判废率≤0.5%。3.航空级轴承高温耐蚀钢(X30,G13和GNiTi40）

(1)超高纯控制:[O]≤0.0010%，S≤0.002%，P≤0.008%，Ti≤0.0015%，Ca≤0.001%，As≤0.04%，Sn≤0.03%，Sb≤0.005%，Pb≤0.002%。(2)非金属夹杂物及探伤要求:非金属夹杂物A+B+C+D≤1.5级、Ds≤0.5级，发纹检测无发纹(GB/T10121磁粉检测和GB/T15711酸浸)，超声波探伤按GB/T4162标准AAA级，报警判废率≤0.5%。2.轴承钢超高纯净化技术研究(EP及IQ级)日本EP级轴承钢与Z级轴承钢中夹杂物含量、尺寸与性能对比，瑞典IQ级轴承钢中韧性与悬弯疲劳强度对比结果。瑞典IQ级轴承钢日本超高纯净轴承钢瑞典IQ级GCr15夹杂物与碳化物检测结果碳化物带状1.0级碳化物球化3.0级，硬度189HV碳化物网状1.5级夹杂物D细0.5级来料为Φ30mmGCr15退火态棒料，按GB/T18254-2002进行退火组织、非金属夹杂物、碳化物不均匀性、晶粒度等指标检验。注意带状1.0级！瑞典BQ级GCr15夹杂物与碳化物检测结果碳化物带状未看到碳化物网状3.0级夹杂物D细0.5级来料为Φ30mmGCr15退火态棒料，按GB/T18254-2002进行退火组织、非金属夹杂物、碳化物不均匀性、晶粒度等指标检验。注意带状0级！A细1.5级夹杂物ED细0.5级晶粒度6.5级日本EP级G20夹杂物与碳化物检测结果心部带状4.0级晶粒度评级夹杂物D细0.5级来料G20退火态棒料，按GB/T18254-2002进行退火组织、非金属夹杂物、碳化物不均匀性、晶粒度等指标检验。注意带状在边部1.0级，在心部是4.0级。夹杂物A细1.0级边部带状1.0级晶粒度评级3.军用高性能轴