我國高碳鉻軸承鋼的現(xiàn)狀和發(fā)展

我國高碳鉻軸承鋼的現(xiàn)狀和發(fā)展

中國軸承工業(yè)協(xié)會高級顧問何加群

1 我國軸承鋼概況

1.1 我國軸承鋼種類

目前，我國軸承行業(yè)使用的軸承鋼總量在300多萬噸，主要鋼種包括：

1）5種高碳鉻軸承鋼：GCr15，GCr15SiMn，GCr18Mo，GCr15SiMo，G85Cr15。

2）6種滲碳軸承鋼：G20CrMo(A)，G20CrNiMo(A)，G20CrNi2Mo(A)，G20Cr2Ni4(A)，G10CrNi3Mo(A)，G20Cr2Mn2Mo(A)。

3）3種不銹軸承鋼：G95Cr18，G102Cr18Mo，G65Cr14Mo。

4）2種高溫軸承鋼：Cr4Mo4V，H10Cr4Mo4Ni4V。H10Cr4Mo4Ni4V是目前性能最好的高溫滲碳鋼材料。

5）5種中碳軸承鋼：42CrMo，G56Mn，G70Mn，G42GrMo，55SiMo(V)。以上是軸承行業(yè)目前所使用的主要鋼種。其中，絕大多數(shù)使用的是高碳鉻軸承鋼（95%左右）和滲碳軸承鋼（1%左右）。

1.2 我國現(xiàn)行軸承鋼標準

GB/T18254-—2016高碳鉻軸承鋼GB/T3203—2016滲碳軸承鋼GB/T33161—2016汽車軸承用滲碳鋼GB/T28417—2012碳素軸承鋼GB/T29913—2013風(fēng)力發(fā)電設(shè)備用軸承鋼GB/T18579—2001軸承鋼絲YB/T4146—2006無縫軸承鋼鋼管。

1.3 我國軸承鋼生產(chǎn)情況

全國有軸承鋼生產(chǎn)能力較大的特鋼企業(yè)有20多家，其中主要有：中信特鋼（年產(chǎn)120.09萬噸）、巨能（年產(chǎn)30.29萬噸）、東特（年產(chǎn)26.85萬噸）、濟源鋼鐵（年產(chǎn)15.29萬噸）、蘇鋼（年產(chǎn)14萬噸）、石鋼（年產(chǎn)12.38萬噸）、南鋼（年產(chǎn)10.09萬噸）、承德建龍（年產(chǎn)8.82萬噸）、西寧特鋼（年產(chǎn)7.54萬噸）、齊魯特鋼（年產(chǎn)7.14萬噸）、邢臺鋼鐵（年產(chǎn)5.57萬噸）。

2 我國高碳鉻軸承鋼標準演變過程

自20世紀80年代初期以來，我國高碳鉻軸承鋼標準不斷提升，從YB9—68《鉻軸承鋼技術(shù)條件》（原蘇聯(lián)標準體系）標準轉(zhuǎn)變到以歐、美標準體系為基礎(chǔ)的標準，其演變過程（表1）為：YB9—68→YB（T）1—80→YJZ84（兩部協(xié)議）→GB/T18254—2000（軸承鋼總體國家標準）→GB/T18254—2002（軸承鋼總體國家標準）。在GB/T18254總體國家標準的基礎(chǔ)上，又制訂了鋼絲國家標準GB/T18579—2001和無縫軸承鋼鋼管標準YB/T4146—2006。

GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標準2016年8月29日發(fā)布，2017年7月1日正式實施。新版標準與GB/T18254—2002的主要不同點：

1）舊標準未分質(zhì)量等級，新標準按冶金質(zhì)量將高碳鉻軸承鋼分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼3個質(zhì)量等級，以便于軸承企業(yè)根據(jù)軸承的使用壽命和可靠性要求，合理選材。優(yōu)質(zhì)鋼與舊標準基本相同。與美國ASTMA295:2009《Standardspecification for high-carbon anti-friction Bearing steel》標準相當。用于制造低端軸承。高級優(yōu)質(zhì)鋼與瑞典SKFD33-1：2009標準相當，用于制造中端軸承。特級優(yōu)質(zhì)鋼達到國外高碳鉻軸承鋼實物質(zhì)量先進水平，用于制造高端軸承。

2）舊標準對Sn，As，Ti，Sb，Pb，Al等有害殘余元素定為協(xié)商確定，Ca未列入。新標準增加了Al，Ti，Ca，Sn，As，Sb，Pb的控制指標。

3）對軸承鋼純凈度有很大影響的O，S，P含量，舊標準只有一種指標控制，新標準實行分級并加嚴控制。

4）對軸承壽命影響最大的單顆粒球狀DS類（點狀不變形夾雜物）和氮化鈦的評定，舊標準沒有明確規(guī)定，新標準規(guī)定了明確的控制指標。特別是DS規(guī)定按最大值控制，而不是按平均值控制。

5）此外，新標準對非金屬夾雜物的級別、碳化物帶狀、碳化物液析加嚴了控制。增加了軟化退火、熱軋或鍛制鋼材的碳化物網(wǎng)狀控制。GB/T18254—2016標準的各項指標和總體水平達國際先進水平。

3 對現(xiàn)階段我國軸承鋼技術(shù)質(zhì)量水平的基本估計

3.1 對我國現(xiàn)階段軸承鋼技術(shù)質(zhì)量水平的總體評價

改革開放以來，特別是進入21世紀以來，我國軸承鋼技術(shù)質(zhì)量水平不斷提升。由于真空脫氣技術(shù)的應(yīng)用，軸承鋼含氧量大幅降低，軸承鋼整體技術(shù)質(zhì)量水平上了一個大臺階。以興澄鋼廠為代表的特鋼優(yōu)勢企業(yè)，通過引進、消化、吸收、再創(chuàng)新，軸承鋼冶煉和軋制的技術(shù)和裝備已達到國際先進水平。但是，有了一流的技術(shù)和裝備，要生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品，還要做很大的努力。特鋼行業(yè)生產(chǎn)軸承鋼的企業(yè)眾多，良莠不齊，仍有特鋼企業(yè)用落后的技術(shù)和裝備在生產(chǎn)軸承鋼。興澄鋼廠已能按跨國軸承公司的技術(shù)要求生產(chǎn)軸承鋼，并向其大量供貨，跨國軸承公司用來制造什么檔次的軸承，希望能獲得這方面的信息。目前國內(nèi)大多數(shù)特鋼企業(yè)尚不具備生產(chǎn)并達到跨國軸承公司技術(shù)要求的軸承鋼的水平和能力。制造各種高端軸承的專用軸承鋼種的研發(fā)太少，這是影響我國軸承行業(yè)高端突破的重要因素之一。個別特鋼企業(yè)質(zhì)量控制不嚴，“小兒科”的質(zhì)量缺陷時有發(fā)生，需大力提高質(zhì)量保證能力，并形成第一方、第二方、第三方質(zhì)量監(jiān)督機制。對我國軸承鋼技術(shù)質(zhì)量水平的分析，要克服輕易肯定或否定的觀點。對認定任何一個特鋼企業(yè)生產(chǎn)軸承鋼的技術(shù)質(zhì)量水平，不能根據(jù)幾次試驗數(shù)據(jù)和幾個重要用戶的評價就下結(jié)論。要根據(jù)隨機抽樣的大量重復(fù)試驗、驗證的結(jié)果，大批量實際應(yīng)用的技術(shù)和經(jīng)濟實效進行評價。同時，要防止在試驗、試制和小批量生產(chǎn)時，可達到較高的技術(shù)質(zhì)量水平，一旦進入大批量生產(chǎn)，就會出現(xiàn)穩(wěn)定性差、一致性差，技術(shù)質(zhì)量波動以至下降的問題。

3.2 我國軸承鋼技術(shù)質(zhì)量進步很大，問題不少

我國軸承鋼取得了長足的進步，但還存在不少問題。

3.2.1 貫徹軸承鋼先進標準任重道遠

與國外先進標準相比，直到2017年6月還在執(zhí)行的GB/T18254—2002標準，差距是對有些有害元素含量未作限制，微觀夾雜物氮化鈦和碳氮化鈦不評級，熱軋鋼材不要求檢查網(wǎng)狀，表面缺陷不用無損探傷檢查而用目視檢查，微觀夾雜物、脫碳、尺寸允許偏差、彎曲度、不圓度等的控制上與國外先進水平有較大差距。達到國際先進水平的GB/T18254—2016標準雖已頒布實施，但是從思想觀念、技術(shù)和裝備水平、質(zhì)量控制能力等方面，尚未完全完成舊標準向新標準的過渡。

3.2.2 技術(shù)和裝備良莠不齊

興澄特鋼等優(yōu)勢特鋼企業(yè)已引進國際上先進的特鋼冶煉和軋制裝備和技術(shù)。但是，還有一些鋼廠的冶煉和軋制的裝備和技術(shù)落后：冶煉裝備容量小，無RH/VD真空脫氣爐，無高精度連軋線，無長時間高溫擴散退火裝置，無末端電磁攪拌裝置，連鑄坯斷面小于200mm，鋼錠小于3t，軋制比達不到要求。

3.2.3 質(zhì)量控制不嚴

由于質(zhì)量管理和控制不嚴，有的特鋼企業(yè)生產(chǎn)的軸承鋼還達不到GB/T18254—2002的要求，一些嚴重缺陷反復(fù)出現(xiàn)，1)鋼材表面缺陷：材料裂紋、折疊裂紋、麻點（坑）、夾渣、非金屬夾雜、表面脫碳、發(fā)紋等。2)鋼材低倍缺陷：縮孔（管）殘余、翻皮、疏松、氣泡、偏析、白點、宏觀夾雜、內(nèi)裂等。3)鋼材高倍缺陷：點狀夾雜物、塑性硅酸鹽夾雜物、顯微孔隙等。4)碳化物不均勻：碳化物帶狀、碳化物液析、碳化物網(wǎng)狀、退火組織不均勻等。這些缺陷都嚴重影響軸承的壽命和可靠性。

3.2.4 未形成質(zhì)量監(jiān)督機制

長期的賣方市場，使軸承鋼的質(zhì)量缺乏第二方、第三方監(jiān)督。國家監(jiān)督檢查形同虛設(shè)。絕大多數(shù)軸承生產(chǎn)企業(yè)采購軸承鋼材沒有對供貨廠家進行質(zhì)量保證能力調(diào)查和認可。絕大多數(shù)中小軸承企業(yè)沒有軸承鋼進廠檢驗的能力，僅以特鋼企業(yè)質(zhì)量保證書為依據(jù)。多數(shù)特鋼企業(yè)的質(zhì)量保證書真實可信，但也有少數(shù)特鋼企業(yè)的質(zhì)量保證書存在造假的情況。一些大型軸承企業(yè)進廠檢驗不合格而退貨的鋼材，最后都流到?jīng)]有鋼材進廠檢驗手段的中小軸承生產(chǎn)企業(yè)。一家特鋼企業(yè)的負責人披露：“大型軸承行業(yè)退貨的不合格軸承鋼材，特鋼企業(yè)沒有回爐重煉過1t，全都降價賣給其他軸承生產(chǎn)企業(yè)。”

3.2.5 應(yīng)用研發(fā)新鋼種力度弱

國際跨國軸承公司多年來在軸承鋼的研發(fā)上投入大，成果多。如SKF公司把高碳鉻軸承鋼下貝氏體等溫淬火工藝應(yīng)用于鐵路軸承、冶金軋機軸承及其他在特殊工況下使用的軸承，開發(fā)了適合于下貝氏體淬火的鋼種。日本NSK公司、KOYO公司為提高軸承在污染潤滑條件下工作的疲勞壽命，開發(fā)了NSJ2鋼和TF系列鋼（HTF，STF，NTF），這些鋼種配合特殊熱處理，使軸承在污染潤滑條件下的壽命提高了幾倍甚至十倍。為解決高碳鉻不銹鋼9Cr18（AISI440）,9Cr18Mo（440C）中易出現(xiàn)粗大共晶碳化物，導(dǎo)致影響軸承的韌性、耐蝕性和疲勞壽命的問題，德國FAG公司、日本NMB公司、KOYO公司開發(fā)了0.7C-13Cr馬氏體不銹鋼。為解決準高溫條件下工作的軸承使用高溫軸承鋼的成本高問題，日本NTN公司、KOYO公司分別開發(fā)了適合在150～180℃準高溫條件下工作的NTJ2，KUJ7鋼等。我國使用的軸承鋼種類幾十年一貫制，僅開發(fā)了幾種新鋼種：GCr15SiMo，GCr18Mo，G85Cr15，G65Cr14Mo。這種狀況嚴重影響了軸承行業(yè)對不同使用要求的重大裝備的配套能力。

4 我國軸承鋼技術(shù)質(zhì)量水平提升的路徑

4.1 全面貫徹高碳鉻軸承鋼新標準

GB/T18254—2016標準的發(fā)布和實施，對于軸承行業(yè)的產(chǎn)品升級具有里程碑的意義。我們要大張旗鼓地宣傳貫徹新標準，要力促特鋼企業(yè)按新標準生產(chǎn)和供貨。軸承企業(yè)要按新標準采購和進行進廠驗收，并自覺地選用特級優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)長壽命、高可靠性軸承。為此進行以下工作：

1)建議由中國軸承工業(yè)協(xié)會會同中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會對GB/T18254—2016標準的貫徹執(zhí)行情況進行調(diào)研，調(diào)研情況向全社會發(fā)布。

2)繼續(xù)組織召開貫徹GB/T18254—2016標準技術(shù)交流會，推動特鋼行業(yè)和軸承行業(yè)的企業(yè)認真貫徹執(zhí)行GB/T18254—2016標準。

3)建議中國軸承工業(yè)協(xié)會組織編制《高碳鉻軸承鋼應(yīng)用指南》，指導(dǎo)軸承企業(yè)根據(jù)不同類型軸承對精度、性能、壽命和可靠性的不同要求，選用GB/T18254—2016標準規(guī)定的相應(yīng)質(zhì)量等級的軸承鋼（特級優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和優(yōu)質(zhì)鋼）。

4)興澄鋼廠等特鋼行業(yè)排頭兵企業(yè)應(yīng)在貫徹GB/T18254—2016標準上發(fā)揮全行業(yè)的標桿和引領(lǐng)作用。在繼續(xù)與跨國軸承公司進行合作的同時，與國內(nèi)優(yōu)勢軸承企業(yè)建立貫徹GB/T18254—2016標準，生產(chǎn)和應(yīng)用高等級軸承鋼（特級優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼）的戰(zhàn)略合作關(guān)系。特別要對特級優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù)開展深入、系統(tǒng)的研究，以特級優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù)突破，帶動高級優(yōu)質(zhì)鋼、優(yōu)質(zhì)鋼整體質(zhì)量進一步提升。

4.2 組織稀土軸承鋼等新型軸承鋼產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用攻關(guān)

20世紀80年代，我國曾一度出現(xiàn)過研發(fā)和應(yīng)用稀土鋼的熱潮，但應(yīng)加什么稀土，加多少，怎么加等技術(shù)瓶頸未突破，效果時好時壞，還時有出現(xiàn)堵塞冒口的故障。一度出現(xiàn)的稀土鋼熱，由熱變冷。

李依依院士率領(lǐng)的中科院金屬材料加工模擬研究團隊，經(jīng)過十年的努力，在鋼中雜質(zhì)形成機理的研究上取得突破，開發(fā)了商用稀土合金純凈化制備技術(shù)和鋼中加入稀土的特殊加入技術(shù)，有望突破應(yīng)用稀土冶煉高品質(zhì)軸承鋼的技術(shù)瓶頸。

李依依院士領(lǐng)導(dǎo)的團隊介紹其研發(fā)稀土軸承鋼的情況：

1）在軸承鋼中加稀土鈰Ce、鑭La，每噸鋼加100～200克，費用為10～20元。

效果為減少夾雜物60%，細化和軟化夾雜物，減小點狀不變形夾雜物DS；使夾雜物分布均勻，各向同性。

2）天馬軸承集團公司和中科院金屬所合作，進行了稀土軸承鋼冶煉軋制工業(yè)性試驗和用稀土軸承鋼制造軸承的冷加工、熱加工工藝試驗。由中科院金屬所提供稀土并作技術(shù)指導(dǎo)，天馬軸承集團公司已生產(chǎn)20000多噸稀土軸承鋼并用于制造軸承。目前，稀土軸承鋼尚未具備產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用的條件。

為實現(xiàn)稀土軸承鋼研發(fā)→工程化→產(chǎn)業(yè)化，應(yīng)進行以下細致、系統(tǒng)的工作：

1）進行稀土軸承鋼冶煉和軋制工業(yè)性試驗驗證，完善制備技術(shù)。

2）進行稀土軸承鋼制造軸承的冷加工、熱加工工藝試驗驗證，對軸承進行全項檢測，進行材料接觸疲勞性能、軸承各項性能臺架對比試驗及實用考核。

3）有資質(zhì)的第三方檢測認證機構(gòu)對稀土軸承鋼進行大樣本、隨機抽樣的、多次重復(fù)的全項檢測、試驗，對其各項技術(shù)指標進行綜合評價。

根據(jù)以上研究結(jié)果，確定是否制訂稀土軸承鋼團體標準，進而制訂稀土軸承鋼國家標準，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并向全軸承行業(yè)推廣應(yīng)用。

除稀土軸承鋼外，還應(yīng)開展高氮鋼、耐污染軸承鋼、納米貝氏體鋼、大型軸承零件用高淬透性鋼的開發(fā)、應(yīng)用及推廣工作。

4.3 強化軸承鋼質(zhì)量第二方（用戶）監(jiān)督

對于軸承生產(chǎn)企業(yè)來說，要形成杜絕使用劣質(zhì)鋼材的機制，在軸承鋼質(zhì)量問題上要“自律”和“他律”雙管齊下。“自律”就是自我約束，堅決不使用劣質(zhì)鋼材；“他律”就是要加強對生產(chǎn)軸承鋼的特鋼企業(yè)的第二方（用戶）質(zhì)量監(jiān)督。

軸承生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)不同類型軸承精度、性能、壽命和可靠性對鋼材的要求，選用相應(yīng)質(zhì)量等級的鋼材，堅決不因成本壓力而使用劣質(zhì)鋼材，在全行業(yè)形成“使用優(yōu)質(zhì)鋼材為榮，使用劣質(zhì)鋼材為恥”的風(fēng)尚。

組織軸承生產(chǎn)企業(yè)加強對軸承鋼材技術(shù)質(zhì)量的第二方（用戶）監(jiān)督：

1）中國軸協(xié)制訂對軸承鋼材供貨廠家第二方評審的主要質(zhì)量指標的控制水平和控制手段的評審標準，指導(dǎo)軸承生產(chǎn)企業(yè)在選擇軸承鋼材供貨廠家時，對軸承鋼材供貨廠家的冶煉軋制工藝、工藝裝備、檢測檢驗和質(zhì)量控制等進行調(diào)查評審，選擇在軸承鋼的純凈度控制、成分控制、碳化物控制、表面質(zhì)量控制等方面達標的軸承鋼材生產(chǎn)廠家作為供貨方。

2）中國軸協(xié)每年要對上一年度軸承生產(chǎn)廠家在軸承鋼材進廠檢驗和使用過程中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題進行調(diào)查研究，并授權(quán)其技術(shù)委員會代表用戶對軸承鋼質(zhì)量進行監(jiān)督檢驗，將調(diào)研和檢驗結(jié)果通過媒體向社會發(fā)布，公布軸承鋼質(zhì)量優(yōu)良的特鋼企業(yè)“紅名單”，推薦軸承生產(chǎn)企業(yè)使用其產(chǎn)品；推動、支持并協(xié)助執(zhí)法部門公布軸承鋼質(zhì)量低劣的特鋼企業(yè)“黑名單”，建議軸承生產(chǎn)企業(yè)不使用其生產(chǎn)的軸承鋼。從而形成社會輿論，凈化軸承鋼市場。

3）鼓勵和支持瓦房店、洛陽、浙東、蘇錫常、聊城等軸承產(chǎn)業(yè)集聚地區(qū)建立的軸承質(zhì)量檢驗中心開展本地區(qū)中小企業(yè)軸承鋼進廠檢驗委托業(yè)務(wù)。

通過建立軸承鋼第二方（用戶）監(jiān)督評價體系，促進特鋼企業(yè)著力技術(shù)改造，推進技術(shù)進步，加強質(zhì)量控制，努力提高軸承鋼質(zhì)量；促進軸承鋼材市場優(yōu)勝劣汰機制的形成，使優(yōu)勢軸承鋼材生產(chǎn)企業(yè)通過有序的市場競爭擴大市場份額，做強做大，使不具備生產(chǎn)軸承鋼材這種高品質(zhì)鋼材的企業(yè)淘汰出局。

4.4 加大研發(fā)力度

推動特鋼企業(yè)進行，軸承企業(yè)積極參與以下關(guān)鍵技術(shù)和重點產(chǎn)品研發(fā)。

4.4.1關(guān)鍵技術(shù)

1）開展冶金質(zhì)量一致性的系統(tǒng)研究，解決我國軸承鋼質(zhì)量一致性差的頑疾。

2）對特級優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù)開展深入、系統(tǒng)的研究，以特級優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù)突破，帶動高級優(yōu)質(zhì)鋼、優(yōu)質(zhì)鋼整體質(zhì)量提升。

3）開展B，D類脆性非金屬夾雜物與軸承疲勞壽命的關(guān)系的研究，為軸承壽命預(yù)測提供理論依據(jù)。

4）推廣應(yīng)用潔凈鋼冶金技術(shù)，連鑄保護渣技術(shù)，惰性氣體保護氣氛電渣冶金技術(shù)，大規(guī)格電渣錠冶煉技術(shù)，連鑄坯重壓下控制技術(shù)，微合金化技術(shù)，大規(guī)格軸承鋼鍛造技術(shù)等。

4.4.2重點產(chǎn)品

1）研發(fā)應(yīng)用制造風(fēng)電增速器軸承、汽車變速箱軸承等在污染潤滑條件下使用的軸承鋼，如同日本NSK公司開發(fā)的TF系列（HTF，STF，NTF）軸承鋼。

2）研發(fā)應(yīng)用適宜于150～180℃的準高溫區(qū)工作的準高溫軸承鋼，用于制造汽車發(fā)動機主軸軸承。

3）研發(fā)應(yīng)用高淬透性、高強度的高碳鉻軸承鋼新鋼種，滿足制造大壁厚、特大壁厚軸承的需要。

4）研發(fā)應(yīng)用適宜于制造2.0兆瓦以上風(fēng)電主軸軸承、偏航變槳軸承的新鋼種。