2016版高碳铬轴承钢标准解析

2017-07-26刘波黄晓艳

轴承 2017年12期

刘波，黄晓艳

(1．镇江高等专科学校，江苏镇江 212003；2．镇江船艇学院，江苏镇江 212003)

轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢4大类。目前高碳铬轴承钢应用最广，约占轴承钢总产量的90%以上，世界各国对之都有相应的标准。我国最新修订发布的GB/T 18254—2016《高碳铬轴承钢》是原GB/T 18254—2002《高碳铬轴承钢》的修订版本，于2016年8月29日发布，2017年7月1日正式实施。新标准相比旧标准发生了较大变化，主要变化是：为了满足不同用户的使用需求，按冶金质量进行了分级；对残余元素提出了相应的要求；增加了单颗粒球状DS类和氮化钛的考核指标等。为了更好地宣传和贯彻新标准，将新标准中变化较大的内容整理出来，并与旧标准进行分析比较，以便使用者更深刻地理解和运用新标准。

1 范围

与旧标准相比，主要有以下几点变化：

1)增加了高碳铬轴承钢的分类与代号。

2)将“盘条”改为“圆盘条”，与GB/T 14981—2009《热轧圆盘条尺寸、外形、重量及允许偏差》保持一致。

3)取消“钢管”品种。冶金行业已单独制定了YB/T 4146—2016《高碳铬轴承钢无缝钢管》。

4)取消“连铸钢不推荐做钢球用钢”的规定。近年来，随着冶炼设备的技术改造，一些轴承钢生产厂采用了大方坯连铸机，并添置了结晶器电磁搅拌等装备；有的钢厂还增加了中间包感应加热装置，从而使连铸轴承钢的中心疏松和中心碳偏析得到了很大的改善；此外，用连铸钢制造的钢球已超过60%，因此新标准取消此项规定。

2 分类与代号

新增第3章“分类与代号”，见表1。按冶金质量、浇铸工艺、使用加工方法和最终用途分类，有利于用户根据产品的使用寿命、使用方法、产品最终用途进行合理选材。

表1 分类与代号

高碳铬轴承钢应用很广，小到孩童玩具，大到铁路、数控机床等，不同的轴承对使用寿命和可靠性的要求不同。旧标准质量单一，很难满足不同用户的要求，尤其是高端用户(长寿命、高可靠性)的要求。为此，新标准按冶金质量分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢3个质量等级，以便于用户根据轴承的使用寿命和可靠性的要求进行合理选材。优质钢与旧标准基本相同，与美国ASTM A295—2009标准相当，主要满足摩托车、玩具等低端用户需要;高级优质钢与瑞典SKF D33-1：2009标准相当，主要满足机械、家电等中端用户需要;特级优质钢达到国外先进实物质量水平，主要满足风电、核电、铁路、汽车、数控机床等高端用户的需要。

3 尺寸、外形、重量

新标准规定了热轧圆钢、锻制圆钢、圆盘条和冷拉圆钢的尺寸、外形及重量，与旧标准相比主要有以下几点变化。

1)直径及其允许偏差增加了钢按冶金质量分类，优质钢、高级优质钢与旧标准基本相同，特级优质钢不同。新标准规定：特级优质热轧圆钢的直径及其允许偏差应符合GB/T 702—2008《热轧钢棒尺寸、外形、重量及允许偏差》表1中第1组规定交货，特级优质圆盘条的直径及其允许偏差应符合GB/T 14981—2009中C级精度交货。

2)修改了热轧圆钢、锻制圆钢的交货长度。热轧圆钢的长度由3 000～7 000 mm改为3 000～8 000 mm，锻制圆钢的长度由2 000～4 000 mm改为2 000～6 000 mm。

3)不圆度方面增加了圆盘条按冶金质量分类。新标准规定：特级优质圆盘条的不圆度应符合GB/T 14981—2009中C级精度交货。

4)加严了热轧圆钢弯曲度指标。热轧圆钢的每米弯曲度由原来的“不大于4”改为“不大于3.0”，总弯曲度由原来的“不大于0.4%×钢材长度”改为“不大于0.3%×钢材长度”。

5)增加了端头形状规定。新标准规定：特级优质钢材的一端应倒角；优质钢和高级优质钢材若需倒角，则应在合同中注明。

6)修改了盘条的盘重。由于GB/T 14981—2009增加了对盘重的要求，因此新标准将“盘条的盘重应不小于500 kg”修改为“钢材按实际重量交货，圆盘条的盘重应符合GB/T 14981—2009的规定”。

4 技术要求

4.1 牌号和化学成分

新标准共5个牌号，保留了4个牌号，取消了GCr4牌号及其相关技术要求，新增G8Cr15牌号及其相关技术要求。保留牌号高碳铬轴承钢的化学成分不变。钢中残余元素含量新旧标准对比见表2。

表2 新、旧标准钢中残余元素含量对比

1)增加了Al，Ti，Ca，Sn，As，Sb，Pb的考核指标。

旧标准将Sn，As，Ti，Sb，Pb，Al等残余元素都定为协商确定，主要原因是由于当时国内还没有成熟资料能证明对钢性能的影响，而且对这些元素缺乏快速分析手段和具体的分析方法。钙元素也是由于没有分析方法和控制手段，所以没有列入。

钢中这些残余元素过高，影响轴承的疲劳寿命，尤其是呈菱角状的硬而脆的氮化钛，在轧制过程中不变形，对轴承的接触疲劳寿命影响最大。因此，具有国际先进水平的瑞典SKF D33标准对5种有害元素(Al，Ti，Ca，Sn，Pb)的含量作了明确规定，美国ASTM A295标准对Al和Ca也提出了具体要求。5种有害元素对轴承钢质量的影响在国内也逐渐引起了重视，因此新标准对这几种残余元素都作了明确限制指标。

2)对O，S，P含量指标实行分级控制。

钢的纯净度，特别是轴承钢中氧含量对轴承的接触疲劳寿命影响极大。高碳铬轴承钢中的氧大部分是以氧化物夹杂的形式存在，钢中氧含量与氧化物夹杂含量基本呈正比关系。因此氧含量是衡量轴承钢纯洁度高低的重要标志，降低钢中氧含量成为世界各国提高轴承钢实物质量的有效途径，各国标准均对氧含量有明确限制。

旧标准对O，S，P化学成分采用统一指标，不能很好地保证不同用途的钢的纯净度和实物质量。从提高不同产品质量水平方面考虑，应当对其提出不同要求。

3)将Ni，Cu含量分别控制，取消Ni+Cu的规定。

4)增加 “除非得到用户同意，生产厂不得有意加入钙及其合金脱氧或控制非金属夹杂物形态”和火花法检验中“供方若能保证，可以不检验”的规定。

4.2 交货状态

新标准规定了12种交货状态。标准修改前后内容对比见表3。新标准简化了钢材的交货状态，主要列举了钢材经常使用的交货状态，对特殊交货状态未作规定；将热轧和热锻圆钢不退火、软化退火及软化退火剥皮的交货状态分开；代号发生了改变且取消了钢材按加工用途交货的规定。

表3 新、旧标准交货状态对比

4.3 非金属夹杂物

非金属夹杂物是评价轴承钢纯洁度的一个主要指标。新标准与旧标准相比主要有以下几点变化:

1)增加了单颗粒球状DS类和氮化钛的考核指标。

轴承钢中的夹杂物控制一直是轴承钢研发过程中的重点，控制轴承钢中的大颗粒球状夹杂物即DS类更是轴承钢夹杂物控制的重中之重。实践证明，轴承钢中大的、单颗粒球状夹杂物对轴承使用寿命影响最大，其在热加工过程中不易变形，并容易与基体金属之间沿加工方向出现裂纹，这种裂纹在轴承工作过程中的交变应力作用下会逐渐扩展而成为疲劳裂纹源，从而影响轴承的使用寿命。钛化氮是一种硬而脆的非金属夹杂物，在钢的轧制过程中不易变形，对轴承的接触疲劳寿命有很大的影响。

SKF D33-1对单颗球状DS类和氮化钛均列为考核指标，规定的很细、很严。我国旧标准对单颗粒球状DS类和氮化钛的评定没有明确规定。为进一步提升我国标准水平，新标准增加了DS类和氮化钛的考核指标，对优质钢、高级优质钢、特级优质钢3个质量等级,标准的DS合格级别分别设为不大于2.0级、1.5级和1.0级；对于氮化钛，牌号G8Cr15，GCr15钢材应按形貌分别并入B类、D类、DS类评级，其他牌号的钢材由供需双方协商评级。

2)修改了非金属夹杂物评级图，将“按附录A第4级别图评级”改为按“GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定》中的A法进行评级”。

3)加严了非金属夹杂物的合格级别指标。

优质钢的非金属夹杂物指标与旧标准相同，高级优质钢在优质钢的基础上对C类夹杂物、D粗系均加严半级。特级优质钢除A粗系、D细类与旧标准相同，其余均加严了半级。

4.4 脱碳层、显微组织

加严了钢材的脱碳层指标。新、旧标准脱碳层要求对比见表4。旧标准脱碳层指标按钢材的尺寸组距考核，缺乏科学性和合理性，因此，新标准增加了对圆盘条的考核要求。参照国外标准，新标准规定钢材脱碳层深度按不大于公称直径的1%进行考核，更加严格。

表4 新、旧标准脱碳层要求对比

新标准在旧标准基础上增加了热压力加工用途的退火钢材考核显微组织的规定，考虑到近年来轴承行业基本实现了采用感应加热的方式进行轴承零件锻造工艺的现状，取消了“供热压力加工用球化退火钢材不检查显微组织”的规定。

4.5 碳化物不均匀性

碳化物不均匀性是决定轴承钢实物质量的主要指标之一，新、旧标准主要变化如下：

1)碳化物网状方面。增加软化退火、热轧或锻制钢材的碳化物网状考核，其合格级别均为不超过附录A第7评级图；增加热压力加工用途的退火钢材考核碳化物网状的规定；将直径大于60～120 mm的球化退火材的碳化物网状不得大于3级；直径大于120 mm的球化退火材的碳化物网状由供需双方协议规定，修改为公称直径大于60 mm的球化退火材的碳化物网状由供需双方协议规定。

2)碳化物带状、碳化物液析方面，新、旧标准对比见表5。