2016版高碳鉻軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)解析

劉波，黃曉艷

(1．鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2．鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

軸承鋼分為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、高碳鉻不銹軸承鋼和高溫軸承鋼4大類。目前高碳鉻軸承鋼應(yīng)用最廣，約占軸承鋼總產(chǎn)量的90%以上，世界各國對之都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。我國最新修訂發(fā)布的GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》是原GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》的修訂版本，于2016年8月29日發(fā)布，2017年7月1日正式實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)相比舊標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了較大變化，主要變化是：為了滿足不同用戶的使用需求，按冶金質(zhì)量進(jìn)行了分級；對殘余元素提出了相應(yīng)的要求；增加了單顆粒球狀DS類和氮化鈦的考核指標(biāo)等。為了更好地宣傳和貫徹新標(biāo)準(zhǔn)，將新標(biāo)準(zhǔn)中變化較大的內(nèi)容整理出來，并與舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較，以便使用者更深刻地理解和運(yùn)用新標(biāo)準(zhǔn)。

1 范圍

與舊標(biāo)準(zhǔn)相比，主要有以下幾點(diǎn)變化：

1)增加了高碳鉻軸承鋼的分類與代號。

2)將“盤條”改為“圓盤條”，與GB/T 14981—2009《熱軋圓盤條尺寸、外形、重量及允許偏差》保持一致。

3)取消“鋼管”品種。冶金行業(yè)已單獨(dú)制定了YB/T 4146—2016《高碳鉻軸承鋼無縫鋼管》。

4)取消“連鑄鋼不推薦做鋼球用鋼”的規(guī)定。近年來，隨著冶煉設(shè)備的技術(shù)改造，一些軸承鋼生產(chǎn)廠采用了大方坯連鑄機(jī)，并添置了結(jié)晶器電磁攪拌等裝備；有的鋼廠還增加了中間包感應(yīng)加熱裝置，從而使連鑄軸承鋼的中心疏松和中心碳偏析得到了很大的改善；此外，用連鑄鋼制造的鋼球已超過60%，因此新標(biāo)準(zhǔn)取消此項(xiàng)規(guī)定。

2 分類與代號

新增第3章“分類與代號”，見表1。按冶金質(zhì)量、澆鑄工藝、使用加工方法和最終用途分類，有利于用戶根據(jù)產(chǎn)品的使用壽命、使用方法、產(chǎn)品最終用途進(jìn)行合理選材。

表1 分類與代號

高碳鉻軸承鋼應(yīng)用很廣，小到孩童玩具，大到鐵路、數(shù)控機(jī)床等，不同的軸承對使用壽命和可靠性的要求不同。舊標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量單一，很難滿足不同用戶的要求，尤其是高端用戶(長壽命、高可靠性)的要求。為此，新標(biāo)準(zhǔn)按冶金質(zhì)量分為優(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，以便于用戶根據(jù)軸承的使用壽命和可靠性的要求進(jìn)行合理選材。優(yōu)質(zhì)鋼與舊標(biāo)準(zhǔn)基本相同，與美國ASTM A295—2009標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，主要滿足摩托車、玩具等低端用戶需要;高級優(yōu)質(zhì)鋼與瑞典SKF D33-1：2009標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，主要滿足機(jī)械、家電等中端用戶需要;特級優(yōu)質(zhì)鋼達(dá)到國外先進(jìn)實(shí)物質(zhì)量水平，主要滿足風(fēng)電、核電、鐵路、汽車、數(shù)控機(jī)床等高端用戶的需要。

3 尺寸、外形、重量

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱軋圓鋼、鍛制圓鋼、圓盤條和冷拉圓鋼的尺寸、外形及重量，與舊標(biāo)準(zhǔn)相比主要有以下幾點(diǎn)變化。

1)直徑及其允許偏差增加了鋼按冶金質(zhì)量分類，優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼與舊標(biāo)準(zhǔn)基本相同，特級優(yōu)質(zhì)鋼不同。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：特級優(yōu)質(zhì)熱軋圓鋼的直徑及其允許偏差應(yīng)符合GB/T 702—2008《熱軋鋼棒尺寸、外形、重量及允許偏差》表1中第1組規(guī)定交貨，特級優(yōu)質(zhì)圓盤條的直徑及其允許偏差應(yīng)符合GB/T 14981—2009中C級精度交貨。

2)修改了熱軋圓鋼、鍛制圓鋼的交貨長度。熱軋圓鋼的長度由3 000～7 000 mm改為3 000～8 000 mm，鍛制圓鋼的長度由2 000～4 000 mm改為2 000～6 000 mm。

3)不圓度方面增加了圓盤條按冶金質(zhì)量分類。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：特級優(yōu)質(zhì)圓盤條的不圓度應(yīng)符合GB/T 14981—2009中C級精度交貨。

4)加嚴(yán)了熱軋圓鋼彎曲度指標(biāo)。熱軋圓鋼的每米彎曲度由原來的“不大于4”改為“不大于3.0”，總彎曲度由原來的“不大于0.4%×鋼材長度”改為“不大于0.3%×鋼材長度”。

5)增加了端頭形狀規(guī)定。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：特級優(yōu)質(zhì)鋼材的一端應(yīng)倒角；優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼材若需倒角，則應(yīng)在合同中注明。

6)修改了盤條的盤重。由于GB/T 14981—2009增加了對盤重的要求，因此新標(biāo)準(zhǔn)將“盤條的盤重應(yīng)不小于500 kg”修改為“鋼材按實(shí)際重量交貨，圓盤條的盤重應(yīng)符合GB/T 14981—2009的規(guī)定”。

4 技術(shù)要求

4.1 牌號和化學(xué)成分

新標(biāo)準(zhǔn)共5個牌號，保留了4個牌號，取消了GCr4牌號及其相關(guān)技術(shù)要求，新增G8Cr15牌號及其相關(guān)技術(shù)要求。保留牌號高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分不變。鋼中殘余元素含量新舊標(biāo)準(zhǔn)對比見表2。

表2 新、舊標(biāo)準(zhǔn)鋼中殘余元素含量對比

1)增加了Al，Ti，Ca，Sn，As，Sb，Pb的考核指標(biāo)。

舊標(biāo)準(zhǔn)將Sn，As，Ti，Sb，Pb，Al等殘余元素都定為協(xié)商確定，主要原因是由于當(dāng)時國內(nèi)還沒有成熟資料能證明對鋼性能的影響，而且對這些元素缺乏快速分析手段和具體的分析方法。鈣元素也是由于沒有分析方法和控制手段，所以沒有列入。

鋼中這些殘余元素過高，影響軸承的疲勞壽命，尤其是呈菱角狀的硬而脆的氮化鈦，在軋制過程中不變形，對軸承的接觸疲勞壽命影響最大。因此，具有國際先進(jìn)水平的瑞典SKF D33標(biāo)準(zhǔn)對5種有害元素(Al，Ti，Ca，Sn，Pb)的含量作了明確規(guī)定，美國ASTM A295標(biāo)準(zhǔn)對Al和Ca也提出了具體要求。5種有害元素對軸承鋼質(zhì)量的影響在國內(nèi)也逐漸引起了重視，因此新標(biāo)準(zhǔn)對這幾種殘余元素都作了明確限制指標(biāo)。

2)對O，S，P含量指標(biāo)實(shí)行分級控制。

鋼的純凈度，特別是軸承鋼中氧含量對軸承的接觸疲勞壽命影響極大。高碳鉻軸承鋼中的氧大部分是以氧化物夾雜的形式存在，鋼中氧含量與氧化物夾雜含量基本呈正比關(guān)系。因此氧含量是衡量軸承鋼純潔度高低的重要標(biāo)志，降低鋼中氧含量成為世界各國提高軸承鋼實(shí)物質(zhì)量的有效途徑，各國標(biāo)準(zhǔn)均對氧含量有明確限制。

舊標(biāo)準(zhǔn)對O，S，P化學(xué)成分采用統(tǒng)一指標(biāo)，不能很好地保證不同用途的鋼的純凈度和實(shí)物質(zhì)量。從提高不同產(chǎn)品質(zhì)量水平方面考慮，應(yīng)當(dāng)對其提出不同要求。

3)將Ni，Cu含量分別控制，取消Ni+Cu的規(guī)定。

4)增加 “除非得到用戶同意，生產(chǎn)廠不得有意加入鈣及其合金脫氧或控制非金屬夾雜物形態(tài)”和火花法檢驗(yàn)中“供方若能保證，可以不檢驗(yàn)”的規(guī)定。

4.2 交貨狀態(tài)

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了12種交貨狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)修改前后內(nèi)容對比見表3。新標(biāo)準(zhǔn)簡化了鋼材的交貨狀態(tài)，主要列舉了鋼材經(jīng)常使用的交貨狀態(tài)，對特殊交貨狀態(tài)未作規(guī)定；將熱軋和熱鍛圓鋼不退火、軟化退火及軟化退火剝皮的交貨狀態(tài)分開；代號發(fā)生了改變且取消了鋼材按加工用途交貨的規(guī)定。

表3 新、舊標(biāo)準(zhǔn)交貨狀態(tài)對比

4.3 非金屬夾雜物

非金屬夾雜物是評價軸承鋼純潔度的一個主要指標(biāo)。新標(biāo)準(zhǔn)與舊標(biāo)準(zhǔn)相比主要有以下幾點(diǎn)變化:

1)增加了單顆粒球狀DS類和氮化鈦的考核指標(biāo)。

軸承鋼中的夾雜物控制一直是軸承鋼研發(fā)過程中的重點(diǎn)，控制軸承鋼中的大顆粒球狀夾雜物即DS類更是軸承鋼夾雜物控制的重中之重。實(shí)踐證明，軸承鋼中大的、單顆粒球狀夾雜物對軸承使用壽命影響最大，其在熱加工過程中不易變形，并容易與基體金屬之間沿加工方向出現(xiàn)裂紋，這種裂紋在軸承工作過程中的交變應(yīng)力作用下會逐漸擴(kuò)展而成為疲勞裂紋源，從而影響軸承的使用壽命。鈦化氮是一種硬而脆的非金屬夾雜物，在鋼的軋制過程中不易變形，對軸承的接觸疲勞壽命有很大的影響。

SKF D33-1對單顆球狀DS類和氮化鈦均列為考核指標(biāo)，規(guī)定的很細(xì)、很嚴(yán)。我國舊標(biāo)準(zhǔn)對單顆粒球狀DS類和氮化鈦的評定沒有明確規(guī)定。為進(jìn)一步提升我國標(biāo)準(zhǔn)水平，新標(biāo)準(zhǔn)增加了DS類和氮化鈦的考核指標(biāo)，對優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼3個質(zhì)量等級,標(biāo)準(zhǔn)的DS合格級別分別設(shè)為不大于2.0級、1.5級和1.0級；對于氮化鈦，牌號G8Cr15，GCr15鋼材應(yīng)按形貌分別并入B類、D類、DS類評級，其他牌號的鋼材由供需雙方協(xié)商評級。

2)修改了非金屬夾雜物評級圖，將“按附錄A第4級別圖評級”改為按“GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定》中的A法進(jìn)行評級”。

3)加嚴(yán)了非金屬夾雜物的合格級別指標(biāo)。

優(yōu)質(zhì)鋼的非金屬夾雜物指標(biāo)與舊標(biāo)準(zhǔn)相同，高級優(yōu)質(zhì)鋼在優(yōu)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上對C類夾雜物、D粗系均加嚴(yán)半級。特級優(yōu)質(zhì)鋼除A粗系、D細(xì)類與舊標(biāo)準(zhǔn)相同，其余均加嚴(yán)了半級。

4.4 脫碳層、顯微組織

加嚴(yán)了鋼材的脫碳層指標(biāo)。新、舊標(biāo)準(zhǔn)脫碳層要求對比見表4。舊標(biāo)準(zhǔn)脫碳層指標(biāo)按鋼材的尺寸組距考核，缺乏科學(xué)性和合理性，因此，新標(biāo)準(zhǔn)增加了對圓盤條的考核要求。參照國外標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼材脫碳層深度按不大于公稱直徑的1%進(jìn)行考核，更加嚴(yán)格。

表4 新、舊標(biāo)準(zhǔn)脫碳層要求對比

新標(biāo)準(zhǔn)在舊標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增加了熱壓力加工用途的退火鋼材考核顯微組織的規(guī)定，考慮到近年來軸承行業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了采用感應(yīng)加熱的方式進(jìn)行軸承零件鍛造工藝的現(xiàn)狀，取消了“供熱壓力加工用球化退火鋼材不檢查顯微組織”的規(guī)定。

4.5 碳化物不均勻性

碳化物不均勻性是決定軸承鋼實(shí)物質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，新、舊標(biāo)準(zhǔn)主要變化如下：

1)碳化物網(wǎng)狀方面。增加軟化退火、熱軋或鍛制鋼材的碳化物網(wǎng)狀考核，其合格級別均為不超過附錄A第7評級圖；增加熱壓力加工用途的退火鋼材考核碳化物網(wǎng)狀的規(guī)定；將直徑大于60～120 mm的球化退火材的碳化物網(wǎng)狀不得大于3級；直徑大于120 mm的球化退火材的碳化物網(wǎng)狀由供需雙方協(xié)議規(guī)定，修改為公稱直徑大于60 mm的球化退火材的碳化物網(wǎng)狀由供需雙方協(xié)議規(guī)定。

2)碳化物帶狀、碳化物液析方面，新、舊標(biāo)準(zhǔn)對比見表5。

表5 新、舊標(biāo)準(zhǔn)碳化物帶狀、碳化物液析合格級別對比

5 其他變化

1)規(guī)范性引用文件根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的制修訂情況修改為最新版本。

2)訂貨內(nèi)容條款中增加“表面狀態(tài)”和“最終用途”。

3)修改了軟化退火鋼材的硬度，將軟化退火硬度放寬到不大于245 HBW。

4)低倍、斷口方面，增加了中心偏析的檢驗(yàn)項(xiàng)目及評級圖，增加了特級優(yōu)質(zhì)鋼檢驗(yàn)“發(fā)藍(lán)斷口”的項(xiàng)目。

5)試驗(yàn)方法條款中增加了特級優(yōu)質(zhì)鋼材表面應(yīng)逐支超聲檢測的規(guī)定。

6)附錄方面，增加了顯微組織1 000倍的評級圖，2.5級球化退火碳化物網(wǎng)狀評級圖，熱軋(鍛)、軟化退火碳化物網(wǎng)狀評級圖，顯微組織、碳化物不均勻性和顯微孔隙的試樣取樣圖以及發(fā)藍(lán)斷口檢驗(yàn)方法。

6 結(jié)束語

我國對軸承鋼的生產(chǎn)實(shí)行生產(chǎn)許可證行政審批制度，GB/T 18524—2016雖是推薦性標(biāo)準(zhǔn)，但仍按強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，為高碳鉻軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實(shí)施提供了有力保障。通過對新、舊標(biāo)準(zhǔn)對比分析，指出了新舊標(biāo)準(zhǔn)的主要不同，以便使用者對其不同之處有更清晰的認(rèn)識，增加對新標(biāo)準(zhǔn)的理解，有利于標(biāo)準(zhǔn)的順利貫徹。