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軸承用鋼的質(zhì)量是所有合金鋼中要求最嚴(yán)格、檢驗(yàn)項(xiàng)目最多的鋼種。世界公認(rèn)軸承鋼的水平是一個(gè)國家冶金水平的標(biāo)志。軸承對(duì)其材料的要求較高，必須具備高的硬度、耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、彈性極限，良好的沖擊韌性、斷裂韌性、尺寸穩(wěn)定性、防銹性能和冷熱加工等性能。為保證這些性能要求，軸承鋼的冶金質(zhì)量必須保證其嚴(yán)格的化學(xué)成分及化學(xué)成分均勻性，特別高的純凈度，極低的氧含量和殘余元素含量，嚴(yán)格的低倍組織和高倍組織，嚴(yán)格的碳化物均勻性，嚴(yán)格的表面脫碳層和內(nèi)部疏松、偏析、顯微孔隙等，不允許存在裂紋、夾渣、毛刺、折迭、結(jié)疤、氧化皮、縮孔、氣泡、白點(diǎn)和過燒等表面和內(nèi)部缺陷。我國特鋼企業(yè)2007年軸承鋼產(chǎn)量為245萬t。
1。 性能
當(dāng)前世界各國所使用的軸承鋼主要有5大類[9]，即高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼、中碳軸承鋼。
1）高碳鉻軸承鋼。高碳鉻軸承鋼是含鉻0.6％～1.5％的高碳合金鋼，目前我國標(biāo)準(zhǔn)中采用5個(gè)牌號(hào)，GCr15、GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15SiMn。高碳鉻軸承鋼已有100多年的歷史，長(zhǎng)期的生產(chǎn)和使用證明，這種鋼基本上可以滿足一般工作條件的軸承要求，具有良好的耐磨性和抗接觸疲勞性能，有較理想的耐銹蝕性和一定的彈性、韌性，加工性能較好，價(jià)格也較便宜，因此應(yīng)用最廣。由于淬透性的差別，其中用量最大的是GCr15和GCr15SiMn，GCr6和GCr9已很少采用。
2）滲碳軸承鋼。滲碳軸承鋼實(shí)質(zhì)上是優(yōu)質(zhì)滲碳結(jié)構(gòu)鋼，目前我國標(biāo)準(zhǔn)中采用6個(gè)牌號(hào)，G20CrMo、G20CrNiMo、G20Cr2Ni4、G20CrNi2Mo、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo。這類鋼經(jīng)過滲碳、淬火、回火等熱處理工序后，表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及較高的抗接觸疲勞強(qiáng)度，且其心部都具有良好的韌性、一定的強(qiáng)度和硬度。主要用于承受沖擊載荷下的軸承和特大型軸承，如鐵路、軋鋼機(jī)用軸承等。
3）不銹軸承鋼。有馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼，目前我國標(biāo)準(zhǔn)中采用3個(gè)牌號(hào)，9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4。其中以馬氏體不銹鋼9Cr18使用最多。這類鋼經(jīng)過熱處理可以得到全部或大部馬氏體組織，具有高強(qiáng)度、很好的耐磨性和韌性，特別是在海水、酸、有機(jī)鹽水溶液中具有較強(qiáng)的抗銹蝕能力。這些軸承鋼的缺點(diǎn)是碳含量高，碳與鉻形成粗大的一次碳化物，降低材料的機(jī)械性能，減少鉻元素對(duì)抗腐蝕的貢獻(xiàn)。1Cr18Ni9Ti等奧氏體不銹鋼，經(jīng)熱處理后可以得到單一的奧氏體組織，具有良好的韌性和很好的抗腐蝕能力。但由于強(qiáng)度、硬度不高，只適用于制造低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速軸承。
4）高溫軸承鋼。高溫軸承鋼具有一定的高溫硬度和高溫耐磨性。高溫接觸疲勞強(qiáng)度、抗氧化、耐沖擊、高溫尺寸穩(wěn)定性等特點(diǎn)。此類鋼利用高速鋼和高鉻馬氏體不銹鋼的一些鋼號(hào)。我國目前使用的高溫軸承鋼主要有：9Cr18Mo（260 ℃）、Cr4Mo4V（315 ℃）、Cr14Mo4（480 ℃）、W6Mo5Cr4V2（480 ℃）、W9Cr4V2Mo（520 ℃）、W18Cr4V（560 ℃）、W12Cr4V5Co5（590 ℃），其中使用最普遍的是Cr4Mo4V。高碳鉻軸承鋼的回火溫度是160～180 ℃，所以使用溫度一般不超過120 ℃，如果使用溫度超過120 ℃，鋼的強(qiáng)度急劇下降，尺寸不穩(wěn)定，并導(dǎo)致軸承的疲勞強(qiáng)度降低。所以，只能用高溫軸承鋼而不能用高碳鉻軸承鋼，如飛機(jī)用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越來越大，壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的主軸軸承要求耐高溫，其工作溫度一般為55～260 ℃，高者可達(dá)370 ℃，在這種工作條件下，只能采用高溫軸承鋼。
5）中碳軸承鋼。中碳軸承鋼是中碳合金鋼，我國目前主要有：55、50MnA、70Mn、5CrMnMo、60CrMnMoA、55SiMoVA、50SiMo，后兩個(gè)鋼號(hào)是我國開發(fā)的抗沖擊軸承鋼。此鋼類適用于制作掘進(jìn)、起重、大型機(jī)床等重型設(shè)備上用的特大尺寸軸承，一般轉(zhuǎn)速不高，但承受較大的軸向、徑向載荷及彎曲應(yīng)力等。
2。 生產(chǎn)工藝
鋼的冶煉水平是軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量好壞的先決條件。鋼中的氧含量、成分偏析，夾雜物數(shù)量及分布，大顆粒碳化物的狀況是影響軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的重要冶金因素。近年來，軸承鋼的冶煉技術(shù)就是圍繞這些關(guān)鍵因素相繼發(fā)展起來。鋼中氧含量可穩(wěn)定在≤（10～15）×10-6，一些先進(jìn)企業(yè)可控制在（5～8）×10-6。
鋼中夾雜物分為A（硫化物）、B（氧化物）、C（硅酸鹽）、D（點(diǎn)狀不變形夾雜）4種類型，不同類型的夾雜物對(duì)軸承壽命影響也不同，夾雜物的尺寸和在鋼中的位置對(duì)軸承壽命也有不同的影響。鋼中氧含量愈低，軸承鋼壽命愈高。上述4種夾雜物中后三者都是由氧化物所構(gòu)成，三者對(duì)軸承壽命的有害影響已為大量事實(shí)所證明，鋼中的氧含量幾乎全部（除溶解氧外）由它們提供。因此，近年來在衡量軸承鋼質(zhì)量上把氧含量當(dāng)作極為重要的指標(biāo)。
無論是轉(zhuǎn)爐或電爐流程，二次精煉是軸承鋼生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，主要精煉設(shè)備以LF或ASEA－SKF配有VD或RH為主，可使內(nèi)在質(zhì)量得以保證。
軸承鋼連鑄的問題一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，連鑄坯中心疏松和偏析嚴(yán)重的問題并沒有得到根本的解決，至少在我國還是一個(gè)“難題”。既使采用了電磁攪拌技術(shù)、輕壓下技術(shù)改善疏松和偏析，由于中心疏松會(huì)殘留在球極區(qū)，又會(huì)帶來新的“白亮帶”缺陷。盡管如此，目前，軸承鋼的連鑄工藝已被世界眾多特殊鋼廠所采用，而且除部分滾動(dòng)體用軸承鋼外，絕大多數(shù)軸承鋼采用連鑄生產(chǎn)。目前，為了解決軸承鋼連鑄坯的質(zhì)量問題，正在積極地開展著如下工作：除強(qiáng)化冶煉技術(shù)、降低鋼中的氧含量和有害雜質(zhì)外，在連鑄過程還采用中間包加熱、電磁攪拌、結(jié)晶器液位控制、強(qiáng)化二次冷卻和液相穴壓下技術(shù)，采用浸入式水口加保護(hù)渣的保護(hù)澆鑄技術(shù)，增大連鑄坯斷面達(dá)到大的壓縮比熱軋軸承鋼材等。
在軸承鋼棒材軋制生產(chǎn)中，對(duì)坯料進(jìn)行表面探傷，修磨，實(shí)現(xiàn)精坯軋制已達(dá)成共識(shí)，并且要嚴(yán)格遵守加熱工藝制度以控制脫碳程度。采用控軋、控冷技術(shù)，步進(jìn)加熱爐、連軋機(jī)組、連續(xù)退火爐，在線質(zhì)量監(jiān)控等技術(shù)。
世界上生產(chǎn)軸承鋼最著名的廠家有瑞典SKF公司，日本的山陽特殊鋼廠，美國Timken公司等。
日本山陽公司的棒線生產(chǎn)工藝流程：UHP電爐－LF精煉爐－RH精煉爐－連鑄或模鑄－初軋－三輥行星軋機(jī)或大型軋機(jī)－無損探傷－修磨－連軋機(jī)組－無損檢驗(yàn)－連續(xù)爐球化退火－無損檢測(cè)－檢驗(yàn)入庫。
SKF公司OVaK0鋼廠棒線生產(chǎn)工藝流程：電爐－LFV精煉爐－模鑄－均熱爐－初軋－火焰清理－150×150坯料－檢驗(yàn)、噴丸、修磨－加熱－除鱗－軋制－冷卻－剪切－打包－發(fā)貨。該廠年產(chǎn)45萬t鋼，全部采用模鑄，初軋開坯，而沒有采用連鑄。OVaK0鋼廠也認(rèn)為連鑄軸承鋼已不是技術(shù)問題，但是他們主要考慮了經(jīng)濟(jì)問題，因產(chǎn)品規(guī)格的覆蓋面使其投資成本與產(chǎn)量規(guī)模不相匹配。他們進(jìn)行了一系列有利于產(chǎn)品質(zhì)量提高的改造投資。
我國某著名特殊鋼廠軸承鋼棒材4條生產(chǎn)線工藝流程：
1）電爐－VHD精煉爐－模鑄（680 kg錠）－鋼錠修磨（需要時(shí)）－Φ650軋機(jī)－酸洗、拋丸、檢查－修磨－需要時(shí)退火－包裝－入庫。
2）UHP電爐－LF+VD精煉爐－連鑄或模鑄（3 t錠）、850開坯－檢查－修磨－連軋（需要時(shí)連續(xù)退火）－檢查－修磨－校直－包裝入庫。
3）電爐－模鑄電極－電渣冶金－軋制－或熱處理－精整－包裝入庫。
4）真空感應(yīng)爐－真空自耗爐－軋制－精整－或熱處理－包裝入庫。
