TCNIA-轴承用锡白铜合金板编制说明

《轴承用锡白铜合金板材》编制说明（讨论稿）主起草单位：沈阳有色金属研究所有限公司参与起草单位：有色金属技术经济研究院有限公司烟台亨圆隆汽车配件有限公司北京北冶功能材料有限公司《轴承用锡白铜合金板材》（讨论稿）编制说明一、工作简况1.1任务来源根据工信厅科函（202x）xx号《202x年第x批行业标准制修订和外文版项目计划的通知》，由沈阳有色金属研究所有限公司负责起草的行业标准《轴承用锡白铜合金板材》，项目计划编号20xx-xxxxx-YS，完成年限为202x年。1.2立项目的和意义滑动轴承是用来支撑轴类零件在承载界面做相对滑动的一种非常重要的机械零件，在高温、高比压和腐蚀环境条件下服役，承受着冲击交变载荷，这就使得滑动轴承必须具备承受重载的能力以及耐磨、耐蚀、耐高温等综合性能。随着现代工业的发展，航天航空事业及海洋开发领域的应用设备所处环境日益复杂，对轴承合金提出了更高的要求，故选择和开发合适的轴承合金具有十分重要的意义以及迫切的需求。近些年，国际上关于滑动轴承铜合金材料的研究十分广泛和深入，主要有锡青铜、铍青铜、锡白铜等。铍青铜是一种性能非常优异的析出强化型铜基合金，在国民经济中具有广泛的应用，可以用来制造高端仪器仪表和电子元器件。然而，它也有许多的不足之处，例如在加工过程中铍易挥发氧化，会释放出有毒的气体，抗应力能力差，高温时效后易变形，生产工艺相对比较复杂，而且铍的价格昂贵，导致铍青铜的生产成本很高。锡白铜是一种新型的高强耐磨弹性铜合金，发展历史不长，具有十分优异的综合性能。与锡青铜相比，锡白铜的机械性能、物理性能均远超锡青铜。锡白铜具有更高的热稳定性、高温强度和抗高温应力松弛性能，可在中、高温环境中长期服役而保持组织和性能的稳定。而且，锡白铜配合性能优异、抗腐蚀性能良好、成本低廉、环境友好，经过时效后元件变形小，不需要后续的整形处理，具有抗高压、耐磨损、良好的自润滑减磨能力及抗腐蚀能力。因此，锡白铜是用于制造轴承产品的最佳材料，可制造高载荷、高速度等环境下的衬套、轴套和轴瓦等轴承零件，广泛应用于汽车、家电、航空航天、船舶等领域。可以很好的替代进口，填补国内锡白铜轴承合金的空白。建立轴承用锡白铜合金板的行业标准，一方面可以填补如Cu-6Ni-6Sn这类国内外没有明确牌号的产品空白，对国产化后的产品进行严格的统一要求，提高产品的整体行业质量。另一方面也可以此作为契机，逐步对轴承领域其它锡白铜牌号合金化学成分和性能进行国产化标准要求的补充和完善。1.3主要参加单位和工作成员所作的工作1.3.1主要参加单位概况沈阳有色金属研究所有限公司承担了该标准的主要编制工作，参编单位有有色金属技术经济研究院有限公司、烟台亨圆隆汽车配件有限公司和北京北冶功能材料有限公司。沈阳有色金属研究所有限公司，是从事有色金属材料研发和生产的高新技术企业，主要产品有铜及铜合金、镍及镍合金、钛及钛合金、贵金属合金和钎焊料等复杂的板、带、箔、管、棒、线、型材及军工制品等。公司拥有从真空熔炼到板、带、管、棒、线材加工的完整生产线。拥有先进的高精度试验、检测设备：可自主实现从生产到试验、检测的整套工作流程。公司建有完善的科研体系、严谨的科研团队，拥有多项科学技术成果，10余项国家专利。作为国家标准委员会会员单位，公司先后起草和参与了十多项国家标准及行业标准的编制工作。近几年公司先后被评为省级技术中心、辽宁特种有色金属材料产学研联盟、辽宁省有色金属合金材料专业技术创新中心。研发出多种有色金属高科技材料，广泛应用在航空航天、船舶制造等多种领域，其中有多种材料实现国产化替代进口。目前，公司已被列为兵器、航空、航天、船舶电子集采平台的合格供应商。公司在研发轴承用锡白铜板材产品上投入了大量的技术工作，为制订本标准提供了有力的技术支撑，奠定了制订本标准的技术基础。烟台亨圆隆汽车配件有限公司，成立于2003年，位于美丽的滨海城市烟台莱州市，公司前身是山东烟台轴瓦厂，属国家二级企业，集轴瓦材料、各类轴瓦、轴套、止推片设计制造为一体，已有七十多年的历史，是生产各类滑动轴承的专业厂家，公司集生产、研发、销售于一体，能够提供优质滑动轴承产品、最佳设计服务和全系解决方案。公司现拥有雄厚的技术力量、先进的加工设备、以及完善的检测手段。采用适用于活塞衬套、连杆衬套、轴瓦、轴套的铜合金、铝合金与Cu基Al基双金属带等材料，产品销往国内外市场，多年来深受用户的信赖。公司以雄厚的实力，高新的技术，不断进行各种相关轴瓦、衬套产品的设计、研发及更新换代。多年来，我们严把产品质量关，不断改进和完善工艺手段，使产品质量持续提高，并在2005年通过了ISO/9001:2000和ISO/TS16949质量管理体系认证，2018年通过了IATF16949:2016质量管理体系认证，2024年通过了ISO14001:2015环境管理体系认证和ISO45001:2018职业健康安全管理体系认证。已经逐步发展成为一家体系完整的高新技术企业。公司致力于引领行业发展，推动时代进步，以“科技创新，引领未来”为目标，为推动社会科技进步开发新产品，为帮助客户成功提供专业应用解决方案，为全球客户持续增值提供高品质产品。北京北冶功能材料有限公司（以下简称北冶公司），是中关村科技园区内国家高新技术企业，其前身是北京冶金研究所，成立于1960年，是一个自主经营，独立核算的科研、试制和生产的联合体。北冶公司于2005年7月由原北京首钢冶金研究院改制而成。北冶公司专门从事航空航天、电力机车、电力电子、汽车工业等行业所需的精密合金、高温合金和特殊不锈钢等特种功能金属材料和高性能结构材料的研制、开发和生产，经过五十年的艰苦奋斗，已发展成为以科技为依托，以市场为导向，集科研、试制、生产为一体的高科技企业，形成了一套工艺先进、装备齐全、技术水平国内一流的完备的科研、开发、生产体系，拥有较高水平的生产试验装备和齐全的理化检测手段，在经营、生产、科研等方面已经具备完整、成熟的管理体系。2008年通过了北京市企业技术中心认定，2009年5月通过国家高新技术企业审核，2009年7月重新通过国军标/国标质量管理体系认证审核，2009年12月被评为中关村国家自主创新示范区百家创新型新型企业试点单位，2011年10月被主为国家火炬计划重点高新技术企业，2013年被评为全国厂务公开民主管理先进单位，同年获得首都劳动奖章。北冶公司现有高精度特种金属材料冷轧带材生产线、特种金属材料棒材生产线、软磁铁芯及制品生产线、铸造高温合金生产线、磁钢精密铸造中试线、特种金属复合材料生产线、特种丝材中试线、非晶超微晶带材及制品生产线等8条生产线，生产180多个牌号的特种功能金属材料，2000余种规格的带材、丝材、棒材、铁芯、冲制件及电子元器件，产销规模居国内同行前列。北冶公司科研力量雄厚，拥有一批由各类专业技术人才及专家组成的科研队伍和经验丰富、技艺精湛的高素质技术工人。具有专业技术职称的员工占三分之一以上。五十多年来，共完成国家、省市、部级和首钢总公司科研课题500余项，获国家、部、市级科研成果300余项，研发的多种新材料填补了国内空白，部分产品达到了国际水平。1.3.2工作组成员所作的工作在编制过程中，编制小组成员收集了国内外相关标准及企业实际生产的技术数据，以用户需求为主，了解用户的使用情况，参考公司为用户提供本产品的技术参数，对标准的技术数据及文本进行认真编写，完成了本标准草案的编制工作。项目编制组成员工作职责见表1。表1编制组成员工作职责姓名工作职责周明、孙海忠负责技术指导和组织协调等相关工作。林子凯负责研制试验方案的制定，组织开展产品加工试验、技术指标检测结果的核对确认，产品生产和使用情况调研，技术资料的收集与整理，技术参数的确定。查找同类国内外标准资料。张桂敏、朱峰负责标准编制方案的制定，标准条款及编制说明的编写。王晓丹、宋佳芮负责与国内外同类先进产品的比对，标准资料的收集,参与研制试验工作。白杨、孙瑞亭、张智勇标准文本核对及校正工作。1.4主要工作过程1.4.1预研阶段公司接到BSn6-6板材的研制开发工作任务后，经过近二年的技术攻关，摸索出BSn6-6高强度、高耐磨性合金板材的工艺路径，并批量提供给用户用于发动机连杆套和活塞套工艺验证，通过30天连续运转试验，BSn6-6材料表现出优异的耐磨损、抗疲劳性能，完全可以代替威兰德公司的L66产品，非常适合高载荷与高速度等环境下的衬套、轴套和轴瓦等轴承零件，并持续为用户提供了批量产品。公司根据技术攻关和生产中取得的技术资料及数据，并与相关单位组成标准编制小组，确立标准制订遵循的基本原则。整合该产品在研发和批量生产时产生的技术数据及相关资料，组织查阅和检索国内外有关技术标准和资料，确定了标准中主要技术内容及技术参数，再根据测试数据确定技术指标取值范围，形成了标准的讨论稿和编制说明。1.4.2标准立项2022年10月，沈阳有色金属研究所有限公司向标准委提交了标准项目建议书、标准草案及标准立项说明等材料。2022年11月1至5日由全国有色金属标准化技术委员会于福建省厦门市主持召开了标准的论证会。依据“2022年拟申报有色金属国家标准计划项目汇总表”，论证结论为“通过”。根据有色标委（2024）110号《关于召开全国有色金属标准化委员会及各分技术委员会第六届换届大会暨2024年度年会的通知》，对该项目进行讨论。根据有色标委（202x）xx号《关于转发202x年第x批有色金属国家、行业协会标准制（修）订项目计划的通知》，该项目批准制订，项目计划编号为202x-xxxxx-YS。1.4.3起草阶段1.4.3.1第一次工作会议202x年xx月xx至xx日，由全国有色金属标准化技术委员会在xx省xx市主持召开了《轴承用锡白铜合金板材》标准第一次工作会议。参会单位有xx家，参会专家有xx人，与会专家们对标准征求意见1稿的编制内容进行了认真审理和交流，提出了x项修改意见或建议，具体内容有：……编制组根据意见，对标准进行修改和完善，形成了标准的《征求意见2稿》。1.4.3.2第二次工作会议202x年xx月xx至xx日，由全国有色金属标准化技术委员会在xx省xx市主持召开了《轴承用锡白铜合金板材》标准第二次工作会议。参会单位有xx家，参会专家有xx人，与会专家们对标准征求意见2稿的编制内容进行了认真审理和交流，提出了xx项修改意见或建议，具体内容有：……编制组根据意见，对标准进行修改和完善，形成了标准的《征求意见稿》。1.4.4征求意见阶段《征求意见稿》通过工作会议和微信方式发送至标委会会员单位、非会员单位以及相关院校。共计xx个，其中生产单位xx个，科研院所x个。专家们共提出了xx项修改意见或建议，具体内容有：……编制组根据反馈的意见，对标准进行修改和完善，于202x年x月xx日形成了标准《送审稿》及《编制说明》。1.4.5审查阶段A.技术专家审查202x年x月xx～xx日在xx省xx市，由全国有色金属标准化技术委员会主持，召开了《轴承用锡白铜合金板材》标准审定会，共有xx个单位的xx名专家（详见有色金属标准审定会专家签名表）参加了会议。与会专家对《轴承用锡白铜合金板材》标准的送审稿进行了认真审定，提出了xx条修改意见，编制小组会后按照专家的修改意见进行了修改，完善了《送审稿》及《送审稿编制说明》。B.委员审查20xx年xx月xx日，全国有色金属标准化技术委员会在XX省XX市召开了全体委员会议。全国有色金属标准化技术委员会重金属分技术委员会（SAC/TC243/SC2）全体委员共计66名，实际参与投票工作XX名。会议经过认真的讨论，对《轴承用锡白铜合金板材》标准制修订程序、征求意见的过程以及技术内容的确定等多方面进行了仔细审查。与会XX名委员全体投票通过，同意该标准《送审稿》及和《送审稿编制说明》通过审查，无修改意见，表决通过率为100%。1.4.6报批阶段标准编制组对标准文本和编制说明进行完善，形成标准报批稿报送至全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）秘书处，上报至工业和信息化部审批、发布。二、编制原则本标准研究的预期目标是制定符合市场需求，满足生产轴承用锡白铜合金板材企业使用要求的标准。根据收集的研发及生产的技术资料及技术数据、检验数据、市场需求及客户要求等信息，确定了本标准制订所遵循的基本原则和编制依据：查阅相关标准和客户的相关技术要求；根据轴承用锡白铜合金板材使用企业的具体情况，力求做到标准的合理性与实用性；根据技术发展水平及测试数据确定技术指标；⑷完全按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》的要求进行格式和结构编写。三、标准主要技术内容的确定依据及主要试验和验证情况分析3.1标准适用范围本文件规定了轴承用锡白铜合金板材的分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存及随行文件和订货单内容。本文件适用于高载荷与高速度等环境下的衬套、轴套和轴瓦等轴承零件用板材（以下简称板材）。3.2牌号、状态和规格目前，被纳入美国生产技术标准的锡白铜有很多种，按照Ni、Sn含量的不同，主要有C72600（Cu-4Ni-4Sn）、C72650（Cu-7.5Ni-5Sn）、C72700（Cu-9Ni-6Sn）、C72800（Cu-10Ni-8Sn）和C72900（Cu-15Ni-8Sn）等。不同成分的合金性能各有差异，可满足不同的需要。我国对于锡白铜的研究最早开始于上世纪的70年代，先后有多家单位都对C72700和C72900为主的锡白铜从组织、性能等不同角度进行了研究。据悉，国内外高性能轴承零件多为德国威兰德独家供应，其中代号L66应用十分广泛。经分析，其成分为Cu-6Ni-6Sn（BSn6-6），在国内外都没有明确牌号。国内通常采用的是Cu-10Pb-10Sn作为轴承材料，一般为铸造成型，在强度、硬度和弹性模量方面都不如BSn6-6。在国内严重缺少锡白铜化学成分和力学性能技术指标的情况下，为使我国的高性能轴承零件不依赖于国外进口，我们对应用十分广泛的代号L66即牌号BSn6-6合金材料的板材进行研发、技术攻关，最终达到批量生产，替代了进口。本标准轴承用锡白铜合金牌号、状态和规格是依据市场需求的实际情况确定，具体内容见表2。表2板材的牌号、状态、规格牌号状态规格mm厚度宽度长度BSn6-6冷加工（1/4硬）+亚稳分解硬化（TS01）1.5~5.040～200≥500冷加工（1/2硬）+亚稳分解硬化（TS02）冷加工（硬）+亚稳分解硬化（TS04）3.3技术要求3.3.1化学成分由于国内外高性能轴承零件多为德国威兰德独家供应，代号为L66，成分为Cu-6Ni-6Sn（BSn6-6），公司针对BSn6-6材料的板材，经过技术攻关，摸索出了该合金板材的完整工艺，并批量提供给用户使用，完全替代了威兰德公司的L66产品。化学成分实际检测统计数据列于表3，实际检测统计数100个，其检测值均在标准规定范围内，合格率100%。说明BSn6-6合金的化学成分控制稳定，该牌号为技术成熟稳定的合金材料。标准规定BSn6-6板材的化学成分符合表4的规定。表3化学成分统计计算情况牌号要求内容元素CuNiSnBSn6-6标准值（%）余量5.5～6.55.5～6.5检测值（%）余量5.81～6.205.53～6.46统计数（个）100100100合格率（%）100100100表4板材的化学成分牌号化学成分（质量分数）%CuNi+CoSnFeMgNbZnBSn6-6余量5.5～6.55.5～6.5≤0.2≤0.1≤0.1≤0.13.3.2板材的外形尺寸及允许偏差板材外形尺寸及允许偏差的规定，主要是根据用户的技术要求及生产加工水平制定的。标准规定板材的外形尺寸及允许偏差符合表5的规定。表5板材的外形尺寸及允许偏差单位为毫米厚度厚度允许偏差宽度允许偏差长度允许偏差1.5～3.0±0.1+3.00+10.00＞3.0～5.0±0.2注1：如果厚度要求单向偏差时，其值为上述数值的2倍。注2：经供需双方协商，也可供应其它外形尺寸和允许偏差的板材。3.3.3板材的平直度板材平直度的规定，主要是根据用户的技术要求及生产加工水平制定的。标准规定板材表面应平直，允许有轻微的波浪，其长度方向上的平直度应符合表6的要求。表6板材的平直度厚度mm平直度mm/m1.5～3.0≤15＞3.0～5.0≤103.3.4力学性能力学性能是轴承用锡白铜合金板材重要的技术指标之一，其值是根据用户需求、产品的应用领域及订货的技术要求进行规定的，并对板材的加工生产工艺进行研发、技术攻关，得到了成熟稳定的技术数据。板材的抗拉强度实际检测统计数据列于表7，图1是抗拉强度直方图列举图。板材的规定非比例延伸强度实际检测统计数据列于表8，图2是规定非比例延伸强度直方图列举图。板材的断后伸长率实际检测统计数据列于表9，图3是断后伸长率直方图列举图。板材的维氏硬度实际检测统计数据列于表10，图4是维氏硬度直方图列举图。标准中规定的板材力学性能指标值见表11。表7板材的抗拉强度检测统计表牌号状态样品数量（个）抗拉强度检测范围MPa抗拉强度下限值U平均值BSn6-6冷加工（1/4硬）+亚稳分解硬化(TS01)100710~835710772.5冷加工（1/2硬）+亚稳分解硬化(TS02)100800~860800830冷加工（硬）+亚稳分解硬化(TS04)100880~928880904图1抗拉强度直方图表8板材的规定非比例延伸强度检测统计表牌号状态样品数量（个）规定非比例延伸强度检测范围%规定非比例延伸强度下限值U平均值BSn6-6冷加工（1/4硬）+亚稳分解硬化(TS01)100620~742620681冷加工（1/2硬）+亚稳分解硬化(TS02)100710~760710735冷加工（硬）+亚稳分解硬化(TS04)100800~812800806图2规定非比例延伸强度直方图表9板材的断后伸长率检测统计表牌号状态样品数量（个）断后伸长率检测范围%断后伸长率下限值U平均值BSn6-6冷加工（1/4硬）+亚稳分解硬化(TS01)10014~401427冷加工（1/2硬）+亚稳分解硬化(TS02)10012~15.51213.75冷加工（硬）+亚稳分解硬化(TS04)1008~11.589.75图3断后伸长率直方图表10板材的维氏硬度检测统计表牌号状态样品数量（个）维氏硬度检测范围%维氏硬度下限值U平均值BSn6-6冷加工（1/4硬）+亚稳分解硬化(TS01)100220~300220260冷加工（1/2硬）+亚稳分解硬化(TS02)100240~295240267.5冷加工（硬）+亚稳分解硬化(TS04)100270~320270295图4维氏硬度直方图表11板材的力学性能牌号状态抗拉强度RMMPa规定非比例延伸强度Rp0.2MPa断后伸长率A%维氏硬度HVBSn6-6冷加工（1/4硬）+亚稳分解硬化(TS01)≥710≥620≥14≥220冷加工（1/2硬）+亚稳分解硬化(TS02)≥800≥710≥12≥240冷加工（硬）+亚稳分解硬化(TS04)≥880≥800≥8≥2703.3.5表面质量产品表面应光滑、清洁、不允许有影响使用的缺陷。标准中涉及专利的情况无。预期达到的社会效益等情况项目的必要性随着现代工业的发展，航空航天事业及海洋开发领域的应用设备所处环境日益复杂，对轴承合金提出了更高的要求，故选择和开发合适的轴承合金具有十分重要的意义以及迫切的需求。锡白铜是一种新型的高强、耐磨、弹性铜合金，发展历史不长，具有十分优异的综合性能。锡白铜具有更高的热稳定性、高温强度和抗高温应力松弛性能，可在中、高温环境中长期服役而保持组织和性能的稳定。锡白铜配合性能优异、抗腐蚀性能良好、成本低廉、环境友好，经过时效后元件变形小，不需要后续的整形处理，具有抗高压、耐磨损、良好的自润滑减磨能力及抗腐蚀能力。因此，锡白铜是用于制造高载荷、高速度环境下使用的衬套、轴套和轴瓦等轴承零件的最佳材料，可以很好的替代进口，填补国内锡白铜轴承合金的空白。建立轴承用锡白铜合金板的行业标准，一方面可以填补如Cu-6Ni-6Sn这类国内外没有明确牌号的产品空白，对国产化后的产品进行严格的统一要求，提高产品的整体行业质量，另一方面也可以此作为契机，逐步对轴承领域其它锡白铜合金化学成分和性能进行国产化标准要求的补充和完善。相信随着标准的实施和技术不断创新发展，本产品会得到广泛推广。随着生产制造水平的不断研发和创新，其产品的技术指标还会有更大的提升空间。（二）项目的可行性产业化生产方面，目前我国轴承行业生产规模大，生产技术和质量水平较之前大为提高。国内轴承年产量可以达20多亿套，产值也已经超过200亿元，年出口量也已经超过7亿套，出口创汇约7亿美元，居世界第四位，满足国内所需品种的70%以上需求，满足所需数量超过90%，出口量也以较高的比例递增。锡白铜在轴承领域的应用愈发普及，国内产业亟待升级，开发BSn6-6等锡白铜合金取缔进口是我国轴承行业的发展方向。公司在轴承用锡白铜合金板材产品的研究、开发及生产方面起着主导作用，是其应用领域的排头兵。目前，该类产品已基本替代进口，年潜在产量约10～20吨左右。公司拥有完善的科研体系、严谨的科研团队，在研发轴承用锡白铜合金板材产品上投入了大量的技术工作，为制订本标准提供了有力的技术支撑，奠定了制订本标准的技术基础。（三）标准的先进性、创新性、标准实施后预期产生的经济效益和社会效益目前，国内、外对BSn6-6的化学成分和力学性能指标均没有规范要求。国内化学成分方面，GB/T5231-2022《加工铜及铜合金牌号和化学成分》中仅规范了BSn9-6（C72700）与BSn15-8（C72900）两种牌号的化学成分要求，缺乏对锡白铜（Cu-Ni-Sn系合金）不同合金化学成分的标准要求。国内力学性能方面，GB/T2040-2017《铜及铜合金板材》、GB/T2059-2008