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轴承钢牌号化学成分及标准对比

轴承钢牌号、化学成分及标准对比

调研报告内容：

1、概述（研究目的与意义）

2、该产品研究国内外研究与发展现状（发展过程、现状及发展前景）

3、技术、市场分析（重点介绍）

3.1国内生产现状

（包括主要生产厂家、各厂家生产该产品采用的生产工艺流程、生产设备、关键技术、生产规格、执行标准或技术条件、产品产量和质量状况、现有及潜在用户、市场占有情况等）（重点介绍）

3.2市场分析

（包括现有和潜在市场容量、产品规格、售价、利润情况、主要品种、主要目标用户及加工工艺、技术质量要求等）

（重点介绍）

4、可行性分析

莱钢开发生产该产品的必要性和可行性分析（主要分析莱钢现有装备和工艺条件是否满足、产品利润预测等）

5、其它：

特殊要求品种需要介绍一下钢种定义、性能特点、主要用途、用户个性化要求等）

钢。

常借用于中碳轴承的中碳合金钢钢种有:

55、50MnA、70Mn、37CrA、65Mn、50CrVA或50CrNi、55SiMoVA、50SiMo、50CrNiMo或SAE8660。

不锈轴承钢主要为适应化工、石油、造船、食品工业等的需要而发展起来的,用于制造在腐蚀环境下工作的轴承及某些部件,也可用于制造低摩擦、低扭矩仪器、仪表的微型精密轴承。

不锈轴承钢主要有:

中、高碳马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等。

为满足轴承的硬度要求,多采用马氏体不锈钢。

ISO/FDIS683-17中纳标的不锈轴承钢钢种有:

X47Cr14、X65Cr14、X108CrMo17（相当于ASTM440C）、X90CrMoV18-1。

美国标准ASTMA756中的不锈轴承钢有:

440C和440CMOD。

中国不锈轴承钢标准GB3086中的钢种为9Cr18（相当ASTM440C）和9Cr18Mo。

随着航空、航天工业的发展,喷气发动机、燃汽轮机和宇航飞行器的制造的要求越来越高,轴承的工作温度越来越高,甚至高于300℃。

这样,高温轴承钢应运而生。

高温轴承钢应具有高的高温硬度（大于50HRC）、尺寸稳定性、耐高温氧化性、低的热膨胀性和高的抗蠕变强度。

其中前两项为选择高温轴承钢材料的主要指标。

高温轴承钢可分为:

高温不锈轴承钢、高温高速工具钢、高温渗碳轴承钢。

ISO/FDIS683-17中纳标的高温轴承钢钢种有:

80MoCrV42-16、X82WmoCrV6-5-4、X75WCrV18-4-1。

美国的高速工具钢标准ASTMA600（1999）中的T1、M2、M50等钢种可作为高温轴承钢使用。

中国高温轴承钢的标准GB3086中的钢种为:

8Cr4Mo4V和10Cr14Mo4。

8Cr4Mo4V是一种含Mo的高温不锈钢,在ASTMA600标准中相当于M50,也是各国广泛使用的一种高温轴承钢,具有较好的高温硬度和高温尺寸稳定性,并且有高的高温接触疲劳性能。

可以制造工作温度在315℃以下使用的轴承。

主要用于飞机、舰艇发动机轴承、冶金、化工和原子能工业中高温设备轴承。

10Cr14Mo4钢是9Cr18Mo的改进钢种，其增加了Mo量,减少了Cr量,使其高温硬度和耐磨性提高,使用温度可达480℃。

中国高温轴承钢系中的高速工具钢的钢种有Cr4Mo4V和W18Cr4V。

前者相当于美国的M50,因综合性能好和合金元素含量低而广泛使用,它在耐磨性、高温硬度和抗氧化性等方面与10Cr14Mo4相当,作为中级高温轴承材料可以制造工作温度在315℃以下使用的轴承。

后者相当于ASTMA600中的T1,适用于更高温度和更好的高温硬度下工作的轴承。

中国高温轴承钢系中还没有合适的渗碳高温钢。

2.2轴承钢钢种的发展动向

对于高碳铬轴承钢来讲,主要是提高钢材的纯洁度和钢中碳化物的充分均匀化。

氧化物夹杂是轴承钢中最具危害性的,对疲劳破坏有显著的影响。

氧含量越高,不仅造成氧化物夹杂数量增多,而且氧化物夹杂尺寸增大,偏析严重,夹杂级别增高,对疲劳寿命的危害也就加剧。

在21世纪的今天,冶金材料工作者正在为钢中氧含量接近2-3μg/g这样的极限值的新目标而努力。

当前,人们关注的另一个体现轴承钢清洁度的热点是钢中钛含量的水平。

SKF公司的试验表明:

钛含量从40μg/g降到10μg/g,能使寿命提高约2倍。

日本某公司的试验表明:

如果能控制在12μg/g以下,微型轴承可达到静音的运转效果。

因此,要努力降低钢中的钛。

目前,希望轴承钢钢中钛含量在6μg/g以下。

另外，除了控制高纯洁度钢水中的非金属夹杂物的数量之外,还需控制其形态与分布。

在钢中碳化物的控制方面,通过控轧或轧后快冷基本消除了高碳铬轴承钢网状碳化物,获得了合适的预备组织。

这在缩短球化退火时间、细化碳化物、提高疲劳寿命等方面都取得了适用性

效果。

前苏联和日本的研究动向之一是低温控轧（800-850℃以下）,轧后不经水冷,采用空冷后短时间退火,或完全取消球化退火工艺,就可得到合格的组织。

动向之二是650℃加工。

高碳铬轴承钢热加工前若具有细晶粒组织或在加工过程能形成细晶粒,则在一定变形速率下,呈现出超塑性。

在提高球化退火质量并获得细小、均匀、球形的碳化物以及缩短退火时间或取消球化退火工序的研究方面有了进展。

轴承钢盘条采用两次组织退火,将拉拔后的720-730℃再结晶退火改为760℃的组织退火。

这样可得到硬度低、球化好、无网状碳化物的组织。

这在缩短球化退火时间、细化碳化物、提高疲劳寿命等方面都取得了适用性效果。

渗碳轴承钢和中碳轴承钢,除了提高钢材的纯洁度外,为满足用户特殊环境下的长寿命化的需求,要开发特殊工况条件下的新钢种。

不锈轴承钢,主要是致力于耐蚀性和耐热性的多用途化条件下的马氏体不锈钢的开发。

对于高温轴承钢来讲,重点是航空、宇航等高温用轴承钢的开发。

另一方面,现有的高温轴承钢系中的高碳高温不锈钢、高速钢都因合金元素含量高而价格昂贵,特别是高速钢类高温轴承钢的车削、磨削加工以及热处理都给轴承制造带来一定困难。

为此,美国研制出一种性能良好的渗碳高温轴承钢。

这种钢的退火硬度HB不大于192,可直接在最佳淬火温度1149℃下渗碳,而获得最快的渗碳效果,也可在较低温度下,如927℃渗碳,表面渗碳量可达0.80%-1.40%。

该钢种适用于制造427-482℃下连续运转的轴承零件,还可用于制造538℃下间歇工作的轴承零件。

目前,国外发展的几个渗碳高温轴承钢钢种有:

CBS600、CBS1000、M315等。

我国已开发轴承钢钢种牌号、成分及与国外轴承钢牌号对比分布见表2及表3。

表2我国已开发主要轴承钢钢种牌号、成分统计

高碳铬轴承钢

GB/T18254-2002

牌号

化学成分/%

Ni＋Cu

O≤

≤

模铸

连铸

GCr4

0.95

0.15

0.35

0.08

0.025

0.02

0.25

0.2

0.0015

0.0012

1.05

0.3

0.5

GCr15

0.95

0.15

0.25

0.35

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

0.0015

0.0012

1.05

0.35

0.45

0.5

GCr15SiMn

0.95

0.45

0.95

1.4

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

0.0015

0.0012

1.05

0.75

1.25

1.65

GCr15SiMo

0.95

0.45

0.95

1.4

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

0.0015

0.0012

1.05

0.75

1.25

1.65

GCr18Mo

0.95

0.45

0.95

1.4

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

0.0015

0.0012

1.05

0.75

1.25

1.65

另:

根据需方要求，并在合同中注明，供方应分析Sn、As、Sb、Pb、Al等残余元素，具体指标双方协商。

轴承管用钢Cu≤0.20%，盘条用钢S≤0.020%，钢坯及钢材的化学成分允许偏差C±0.03、Si±0.02、Mn±0.03、Cr±0.05、P＋0.005、S＋0.005、Ni±0.03、Cu±0.02、Mo≤0.10%时，±0.01；Mo＞0.10%时，±0.02。

需方可按炉批对钢坯及钢材进行成品分析。

渗碳轴承钢

GB/T3203-1982

G20CrMo

0.17

0.2

0.65

0.35

0.08

0.03

0.25

0.23

0.35

0.95

0.65

0.15

G20CrNiMo

0.17

0.15

0.6

0.35

0.15

0.03

0.4

0.25

0.23

0.4

0.9

0.65

0.3

0.7

G20CrNi2Mo

0.17

0.15

0.4

0.35

0.2

0.03

1.6

0.25

0.23

0.4

0.7

0.65

0.3

G20Cr2Ni4

0.17

0.15

0.3

1.25

0.03

3.25

0.25

0.23

0.4

0.6

1.75

3.75

G10CrNi3Mo

0.08

0.15

0.4

0.08

0.03

0.25

0.13

0.4

0.7

1.4

0.15

3.5

G20Cr2Mn2Mo

0.17

0.15

1.3

1.7

0.2

0.03

≤0.30

0.25

0.23

1.6

0.3

另:

渗碳轴承钢按高级优质钢生产时，其硫、磷含量应≤0.020%，钢材的化学成分允许偏差C±0.02、Si±0.03、Mn±0.04、Cr±0.05、P＋0.005、S＋0.005、Ni±0.05、Cu±0.05、Mo±0.02。

不锈轴承钢

GB/T3806-1982

牌号

化学成分/%

Ni＋Cu

O≤

≤

模铸

连铸

9Cr18

0.9

≤0.80

0.035

0.03

0.3

0.25

0.5

9Cr18Mo

0.95

≤0.80

0.4

0.7

0.035

0.03

0.3

0.25

0.5

1.1

另：

钢坯及钢材的化学成分允许偏差Cr±0.15、Mo±0.03。

中碳轴承钢

37CrA

0.34

0.17

0.50

0.80

0.41

0.37

0.80

1.10

65Mn

0.62

0.17

0.90

0.3

0.25

0.70

0.37

1.00

0.25

50CrVA

0.47

0.17

0.50

0.80

0.54

0.37

0.80

1.10

0.10-0.20

50CrNi

0.47

0.17

0.50

0.45

1.0

0.54

0.37

0.80

0.75

1.4

55SiMoVA

50CrNiMo

高碳铬轴承钢

YJZ84

GCr6

1.05

0.15

0.2

0.4

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

1.15

0.35

0.4

0.7

GCr9

0.15

0.25

0.9

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

1.1

0.35

0.45

1.2

GCr9SiMn

0.45

0.95

0.9

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

1.1

0.75

1.25

1.2

GCr15

0.95

0.15

0.25

0.35

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

1.05

0.35

0.45

0.5

GCr15SiMn

0.95

0.45

0.95

1.4

0.1

0.025

0.3

0.25

0.5

1.05

0.75

1.25

1.65

另：

钢坯及钢材的化学成分允许偏差C±0.03、Si±0.02、Mn±0.03、Cr±0.05、P＋0.005、S＋0.005、Ni±0.03、Cu±0.02、Mo≤0.10%时，±0.01；Mo＞0.10%时，±0.02。

需方可按炉批对钢坯及钢材进行成品分析。

高温轴承钢

8Cr4Mo4V

0.75

≤

3.75

4.0

4.5

0.015

0.008

0.2

0.85

0.35

4.25

0.90—1.10

G13CrMo4-NiV

0.11

0.10

0.15

4.00

4.0

4.5

0.015

0.01

0.15

0.25

0.35

4.25

1.13—1.33

表3国内外轴承钢牌号对比表

高碳铬轴承钢

中国

美国

德国

日本

法国

国际

瑞典

标准号

牌号

标准号

牌号

标准号

牌号

标准号

牌号

标准号

牌号

标准号

牌号

标准号

牌号

GB/T18254

GCr9

ASTMA295

S1100

DIN17230

JISG4805

SUJ1

NFA35-565

ISO683-17

SKFD33

SKF13

GCr9SiMn

ASTMA485

Cr1

SUJ3

SKF1

GCr15

ASTMA295

S2100

100Cr6

SUJ2

100Cr6

SKF3

GCr15SiMn

ASTMA295

S2100

100CrMn6

SUJ2

100CM6

SKF2

不锈轴承钢

GB/T18254

9Cr18

ASTMA756

JISG4805

SUS440C

NFA35-565

ISO683-17

SKFD33

9Cr18Mo

SUS440C

Z100CD17

SKF577

高温轴承钢

YB/T688

8Cr4Mo4V

ASTMA600

M50

ISO683-17

10Cr14Mo4

Cr14Mo4

中碳轴承钢

GB/T3203

G20CrMo

ASTMA534

4118H

JISG4103

NFA35-565

ISO683-17

SKFD33

G20CrNiMo

8620H

SNCM220

20NCD2

SKF152

G20CrNi2Mo

4320H

SNCM420

20NCD7

G20Cr2Ni4

G10CrNi3Mo

9310H

G20Cr2Mn2Mo

中碳轴承钢

ASTMA866

C56E2

ISO683-17

C56E2

56Mn4

3.技术、市场分析（重点介绍）

3.1轴承的工作环境及对轴承、轴承钢的性能要求

3.1.1轴承的工作环境及对轴承的性能要求

轴承是由内、外套圈、滚动体（滚珠、滚柱或滚针）和保持器四部分组成，除保持器外，其余都是由轴承钢组成。

当轴承工作时，轴承内、外套圈，轴承滚动体间承受高频、变应力的作用。

轴承的工作条件十分复杂。

载荷集中作用在滚动体的很小面积上。

理论上讲对于滚珠，作用在一点上；而对于滚柱则作用在一条线上，并且滚动体与套圈间接触面积也很小（呈点/线接触），因此轴承零件在工作时，其滚动体和套圈表面的单位面积上要承受很大的压力，一般高达1500－5000N/mm2；轴承旋转时，还要承受离心力的作用，作用力随转速的增加而增大；滚动体和套圈间不仅存在滚动，而且还有滑动，所以在滚动体与套圈之间还存在着摩擦。

在以上几种力的综合作用下，在套圈或滚动体的表面上抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹，最后形成疲劳剥落，使轴承破损失效。

轴承正常的破损形式是接触疲劳损坏，常见的还有塑性变形、压痕、磨损、裂纹等。

轴承的寿命和可靠性虽然与轴承的设计、加工制造、润滑条件、安装、维护保养等因素有关，但轴承材料的高质量和可靠性是关键。

滚动轴承零件要在拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值之下，高速而长时间地工作。

因此，对滚动轴承要求具有：

1）高的抗塑性变形能力，

2）高的抗摩擦、磨损性能，

3）高的旋转精度及尺寸精度，

4）好的尺寸稳定性，

5）长的使用寿命和高的可靠性。

对于在特殊条件下工作的轴承，还有特殊要求，如耐高温性能、耐低温性能、防腐蚀性能和抗磁性能等等。

3.1.2轴承钢材料及冶金质量性能要求

为了满足以上对动轴承的性能的要求，对轴承钢材料提出了以下一些基本的性能要求：

1）高的接触疲劳强度，

2）热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度，

3）高的耐磨性、低的摩擦系数，

4）高的弹性极限，

5）良好的冲击韧性和断裂韧性，

6）良好的尺寸稳定性，

7）良好的防锈性能，

8）良好的冷、热加工性能。

　　　根据以上对轴承用钢的基本要求，对轴承用钢的冶金质量提出以下的基本要求；

　　①严格的化学成分要求；

　　②较高的尺寸精度要求，对于使用在高速镦锻机上锻造的热轧退火棒料，应该对其尺寸精度有更高的要求；

　　③特别严格的纯洁度要求；

　　④严格的低倍组织和显微（高倍）组织要求；

　　⑤特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求：

表面缺陷包括表面裂纹、表面夹渣、毛刺、折迭、结疤、氧化皮等；内部缺陷包括缩孔、气泡、白点、过烧、严重的疏松和偏析、显微孔隙等；

　　⑥严格的碳化物不均匀性要求；

　　⑦严格的表面脱碳层深度要求；

　　⑧其他要求：

例如轴承钢的冶炼方法、氧含量、退火硬度、断口、残余元素、火花检验、交货状态等。

3.2影响轴承钢质量因素分析

钢的冶炼水平是轴承钢内在质量好坏的先决条件。

钢中的氧含量、成分偏析，夹杂物数量及分布，大颗粒碳化物的状况是影响轴承钢内在质量的重要冶金因素。

3.2.1氧

图2氧含量与寿命的关系

瑞典SKF公司和日本山阳特殊钢公司对轴承钢氧含量与疲劳寿命的关系，做过大量的试验研究工作，得出了明确的结论，见图1～2。

Lund.T.等认为疲劳寿命与氧含量的关系为L10（相对寿命）=372〔O〕－1.6，即二次精炼钢（氧含量为10×10－6）的疲劳寿命是大气下熔炼钢（氧含量为40×10－6）的10倍。

上杉年一认为：

精炼钢氧含量降到5×10－6，其疲劳寿命是非精炼钢的30倍，与真空自耗和电渣重熔钢相当。

大冶特殊钢股份有限公司近年来对此也做过一系列试验[15]，结果表明，当精炼钢中氧含量降到20×10－6时，疲劳寿命是电弧炉大气下熔炼钢（氧含量为30×10－6）的1.5倍，15×10－6是2.0倍，8×10－6是3.0倍，接近电渣重熔钢的水平（见图2）轴承钢中的氧含量与疲劳寿命之间的关系，国内外的试验结果大体一致。

但是应当指出的是，氧含量与疲劳寿命的关系是辩证的关系，不是绝对的，因为钢中氧含量的高低，实际上只能代表钢中氧化物夹杂数量的多少，它不能代表硫化物和氮化物量的高低，更不用说夹杂物的尺寸及分布了。

通常，一个轴承件的破坏，往往是由许多夹杂物中的一个大型夹杂物引起。

这些夹杂物有硫化物（A类）、氧化物（B、C、D类）和氮化物。

从这个意义上说，夹杂物的尺寸与分布对疲劳寿命影响最大。

因此，不同的冶炼方法，氧含量即使相同，其疲劳寿命也完全不一样。

图2表示各种不同炼钢方法生产的轴承钢弯曲疲劳极限与氧含量的关系，可以看出氧含量大约为20×10－6的钢材（LD＋RH）疲劳极限相当好，而采用硅钙处理的钢材（EF＋RH）尽管氧含量很低，5~10×10－6，由于其形成了危害严重的CaO类夹杂，疲劳极限并不高，冶钢公司的试验也证明了这一点，虽然电渣重熔钢的氧含量（18.6×10－6）和夹杂物含量较高，但它的夹杂尺寸细小，分布均匀，它的疲劳寿命比低氧含量（8.2×10－6）炉外精炼钢高。

据此，只能将氧含量看作是特定工艺范围内疲劳极限的一个相关参数。

只有在同一冶炼方法和大量试验条件下，才有可能确定氧含量和疲劳性能之间的关系。

图2不同炼钢工艺的GCr15钢中总氧含

量与弯曲疲劳极限的关系

3.2.2硫

峰公雄认为：

，硫对性能没有影响。

关于硫对疲劳寿命的影响，目前还存在着意见分歧，归纳起来有以下三种观点：

一种认为适当提高钢中硫化物含量有利于寿命的提高；另一种观点认为硫化物含量增加会降低寿命；还有一种观点则认为硫化物含量与疲劳寿命关系不大。

认为硫化物有益的观点，常用“共生理论”来解释。

这种理论认为钢液在凝固过程中，低熔点的硫化物粘附在氧化物表面上，形成硫化物包围氧化物的共生夹杂，它能够松弛拉应力，并能够进行协调变形，从而减少氧化物的有害作用，但是这种理论是建立在钢中氧化物夹杂较多的前提下。

但必须看到，这些观点只在有限的条件下才值得重视。

一方面，是因为硫化物包覆氧化物并非仅靠控制氧硫比就一定能实现。

凝固速率也会影响硫化物在氧化物上析出的过程。

在热加工和热处理温度下，已形成的硫化物“膜”有可能部分再次溶于钢的基体。

由于硫化物和氧化物变形抗力的差异，热加工时“膜”还可能被挤掉，这些因素对高硫轴承钢寿命测定值分散度大看来是有影响的。

另一方面，所谓用硫化物包覆氧化物可提高滚珠轴承的寿命只是相对的。

即硫化物的危害性相对于氧化物的较小一些。

然而不可否认它也是杂质，同样也会破坏钢基体组织的连续性与均匀性。

随着酸性平炉的逐渐淘汰及炉外精炼技术的广泛应用，现在滚珠

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