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高碳鉻軸承鋼GCr15是世界上生產量最大的軸承鋼,含碳Wc為1%左右,含鉻量Wcr為1.5%左右,從1901年誕生至今100多年來,主要成分基本沒有改變,隨著科學技術的進步,研究工作任在繼續,產品質量不斷提高,占世界軸承鋼生產總量的80%以上。以至于軸承鋼如果沒有特殊的說明,那就是指GCr15。

我國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。

2、90噸及以上轉爐冶煉→100噸及以上LF爐精煉→100噸及以上RH爐真空處理→合金鋼方坯或矩形坯連鑄→(如:320mm×340mm、240mm×240mm)緩冷或熱送→軋材→精整→檢驗入庫。

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布、碳化物的分布等要求都十分嚴格,是所有鋼鐵生產中要求最嚴格的鋼種之一。1976年國際標準化組織ISO將一些通用的軸承鋼號納入國際標準,將軸承鋼分為: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。我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。近五十年來我國還在軸承鋼鋼種及其軸承用材料方面,如無鉻軸承鋼、中碳軸承鋼、特殊用途軸承鋼及合金、金屬陶瓷等取得了很大的進展。

基本要求

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,并含有少量的錳、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,又可以提高鋼的防銹性能和磨削性能。

但當鉻含量超過1.65%時,淬火后會增加鋼中殘余奧氏體,降低硬度和尺寸穩定性,增加碳化物的不均勻性,降低鋼的沖擊韌性和疲勞強度。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,對于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,由于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松、中心疏松和偏析,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沖擊韌性,并使之組織不均勻,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、嚴重的疏松和偏析等。這些缺陷對于軸承的加工、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布不均勻,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范圍,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煉方法、氧含量、退火硬度、斷口、殘余元素、火花檢驗、交貨狀態、標識等有嚴格的要求。

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、低的摩擦系數,

4、高的彈性極限,

5、良好的沖擊韌性和斷裂韌性,

6、良好的尺寸穩定性,

7、良好的防銹性能,

8、良好的冷、熱加工性能。

制造要求

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、分布越不均勻,使用壽命也越短,而它們的大小、分布狀況與使用的冶煉工藝和冶煉質量密切相關,生產軸承鋼的主要工藝是連鑄以及電爐冶煉+電渣重熔工藝冶煉,還有少量采用真空感應+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。

對軸承鋼的冶煉質量要求很高,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、大小和分布狀況,因為非金屬夾雜物和碳化物的數量、大小和分布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。

我國大連鋼廠,大冶鋼廠是生產軸承鋼的主要產地。目前主要輸往香港和東南亞地區。我國主要從日本、德國進口軸承鋼。

產品包裝

直徑小于20mm要打包交貨,大于20mm時可以裸裝交貨。對冷拔 鋼應涂防銹油。貨物出廠前應附質量保證書、注明鋼號、爐號、重量、規格、化學成分、檢驗標準及檢驗結果。

規格外觀

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、折疊、結疤和夾雜。冷拉鋼表面還應光滑、干凈、無氧化皮。

伴隨著軸承制造業的持續、較快發展,軸承鋼市場前景被看好。國內軸承鋼生產廠家正積極研發軸承鋼新品種,軸承制造產業發展立足高端產品是未來的主要趨勢。

為了實現兩會提出的經濟增長目標,各地城市基礎設施建設工程掀起施工高潮,鐵路、保障房、水利、港口、機場等重大工程項目的密集開工帶動了工程機械制造業的復蘇,拉動工程機械需求,軸承鋼市場需求也隨之釋放。同時鐵礦石、焦炭、高鉻等鋼鐵原材料市場價格持續高位運行,使軸承鋼生產成本不斷攀升,剛性成本的推動,促使鋼廠的出廠價格上調,從而進一步帶動軸承鋼市場價格的上升,這兩方面利好因素穩定了增長拉動了內需。

產業洞察研究資料《2013年中國軸承鋼產業深度研究報告》顯示目前國內軸承制造產業發展勢頭強勁,對軸承鋼市場平穩向好將帶來利好效應。一批高端軸承需求量大幅增長,如航空航天軸承、機床主軸用高速精密軸承、高速電主軸軸承、光伏行業機床用精密軸承、高鐵軸承、汽車軸承、起重機用滑輪軸承等等。