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高碳铬轴承钢现行标准的梳理及对GCr15的标准比较 时间:2022-12-26部门:工业产品质量标准研究所

  钢铁行业作为传统行业,在目前产能普遍过剩的形势下,中、低质量的钢铁材料逐渐跟不上市场需要,生产具有高附加值的特殊钢成为了产业升级、结构化改革的一个主要方向[1]。轴承钢具有高的疲劳强度、耐磨性、纯洁度和组织均匀性[2],由于其使用面的广泛、使用环境的复杂、产品性能要求高,其产量和性能被国际钢铁界视为最能体现一个国家尖端冶炼技术水平的标志。

  对于高碳铬轴承钢,各国都制定了相应标准,我国在制定国家标准的基础上还鼓励团体及企业制定较国家标准更高的团体标准及企业标准。目前国内轴承钢体现出中低端产品产能过剩,高端产品品类不足、产能较低、质量较低等问题,通过标准的对比可以指明高碳铬轴承钢产品优化的方向[3]。

  本文对高碳铬轴承钢现行的国内外标准进行了梳理,同时以高碳铬轴承钢为对象选取某企业内控标准与国内标准和国外标准进行比较。

  1.标准梳理

  对高碳铬轴承钢产品及生产工艺中所涉及的所有国家标准、行业标准以及部分国外标准进行了梳理(见表1、表2)。

表1 国内高碳铬轴承钢标准及行业标准信息

序号

标准编号

标准名称

标准类别

标准适用范围

标准体系类别

1

GB/T 182542016

高碳铬轴承钢

产品标准

汽车轴承通用轴承钢

产品质量符合性标准

2

GB/T 284172012

碳素轴承钢

产品标准

汽车轮毂轴承单元

产品质量符合性标准

3

GB/T 331612016

汽车轴承用渗碳钢

产品标准

汽车变速箱等轴承

产品质量符合性标准

4

GB/T 185792019

高碳铬轴承钢钢丝

产品标准

轴承滚动体

产品质量符合性标准

5

YB/T 41462016

高碳铬轴承钢无缝钢管

产品标准

轴承内外套圈

产品质量符合性标准

6

GB/T 223

钢铁及合金化学成分分析方法

检测试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

7

GB/T 224

钢的脱碳层深度测定法

检测试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

8

GB/T 225

淬透性的末端淬火试验方法

检测试验方法

渗碳钢

产品质量符合性标准

9

GB/T 226

钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法

检测试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

10

GB/T 230.1

金属材料 洛氏硬度试验 1部分试验方法

检测试验方法

钢丝

产品质量符合性标准

11

GB/T 231.1

金属材料 布氏硬度试验 1部分:试验方法

检测试验方法

高碳铬轴承钢和渗碳钢,钢丝和钢管

产品质量符合性标准

12

GB/T 228.1

金属材料 拉伸试验 1部分 室温试验方法

检测试验方法

渗碳钢

产品质量符合性标准

13

GB/T 3422017

冷拉圆钢丝、方钢丝、六角钢钢丝尺寸、外形、重量及允许偏差

检测试验方法

高碳铬轴承钢丝

产品质量符合性标准

14

GB/T 7022017

热轧钢棒尺寸、外形、重量及允许偏差

检测试验方法

所有轧制轴承钢

产品质量符合性标准

15

GB/T 9051994

冷拉圆钢、方钢、六角钢尺寸、外形、重量及允许偏差

检验试验方法

冷拉高碳铬轴承钢和渗碳钢

产品质量符合性标准

16

GB/T 9082019

锻制钢棒尺寸、外形、重量及允许偏差

检验试验方法

锻制高碳铬轴承钢和渗碳钢

产品质量符合性标准

17

GB/T 1814

钢材断口检验法

检验试验方法

高碳铬轴承钢和碳素轴承钢

产品质量符合性标准

18

GB/T 1979

结构钢低倍组织缺陷评级图

检验试验方法

除钢丝外其他轴承钢

产品质量符合性标准

19

GB/T 2101

型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定

检验试验方法

型钢

产品质量符合性标准

20

GB/T 2102

钢管验收、包装、标志及质量证明书的一般规定

检验试验方法

钢管

产品质量符合性标准

21

GB/T 2103

钢丝验收、包装、标志及质量证明书的一般规定

检验试验方法

钢丝

产品质量符合性标准

22

GB/T 2975

钢及钢产品 力学性能实验取样位置及试样制备

检验试验方法

渗碳钢

产品质量符合性标准

23

GB/T 32072008

银亮钢

检验试验方法

渗碳钢和钢丝

产品质量符合性标准

24

GB/T 4162

锻轧钢棒超声检测方法

检验试验方法

渗碳钢和碳素钢

产品质量符合性标准

25

GB/T 4336

碳素钢和中低合金钢 火花源原子发射光谱分析方法

检验试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

26

GB/T 6394

金属平均晶粒度测定法

检验试验方法

渗碳钢和碳素钢

产品质量符合性标准

27

GB/T 8170

数值修约规则与极限数值的表示和判断

检验试验方法

渗碳钢

产品质量符合性标准

28

GB/T 105612005

钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法

检验试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

29

GB/T 11260

圆钢涡流探伤方法

检验试验方法

碳素轴承钢表面质量

产品质量符合性标准

30

GB/T 11261

钢铁 氧含量的测定 脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法

检验试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

31

GB/T 12604.5

无损检测 术语 磁粉探伤

检验试验方法

碳素轴承钢宏观缺陷

产品质量符合性标准

32

GB/T12604.6

无损检测 术语 涡流探伤

检验试验方法

碳素轴承钢表面质量

产品质量符合性标准

33

GB/T 13299

钢的显微组织评定方法

检验试验方法

渗碳钢

产品质量符合性标准

34

GB/T 14981

热轧圆盘条尺寸、外形、重量及允许偏差

检验试验方法

高碳铬轴承钢热轧盘条

产品质量符合性标准

35

GB/T 15711

钢材塔形发纹酸浸检验方法

检验试验方法

渗碳钢和碳素轴承钢

产品质量符合性标准

36

GB/T 20066

钢和铁 化学成分测定用试样的取样和制样方法

检验试验方法

所有轴承钢

产品质量符合性标准

37

GB/T 20123

钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)

检验试验方法

高碳铬轴承钢和渗碳钢

产品质量符合性标准

38

GB/T 20125

低合金钢 多元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法

检验试验方法

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

39

YB/T 5293

金属材料 顶锻试验方法

检验试验方法

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

40

GB/T 34474.1

钢中带状组织的评定 1部分:标准评级图法

检验试验方法

渗碳轴承钢

产品质量符合性标准

41

JB/T 1255

滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件

产品标准

高碳铬轴承钢零件

服役适用性标准

42

JB/T 8881

滚动轴承 零件渗碳热处理 技术条件

产品标准

渗碳钢零件

服役适用性标准

43

JB/T 8566

滚动轴承 碳钢轴承零件热处理技术条件

产品标准

碳素轴承钢零件

服役适用性标准

44

JB/T 10510

滚动轴承材料接触疲劳试验方法

检验试验方法

所有轴承钢

服役适用性标准

45

GB/T 12444

金属材料 磨损试验方法 试环-试块滑动磨损试验

检验试验方法

所有轴承钢

服役适用性标准

  产品标准是为了保证产品技术、性能指标合格而制定的一系列规范,是判断产品是否合格的最根本依据[4]。产品标准在国内外生产、检验、使用、维护和贸易中起到至关重要的作用。上述表格中产品标准共计8项,其中5项为国家标准,3项为机械行业标准。

  检验试验方法是对产品进行性能测试时所需要遵循的一系列规范,保证了产品性能评价的一致性、规范性以及最终测试结果的准确性。上述表格中检验试验方法共计39项,1项为黑色冶金行业标准,4项为机械行业标准。

表2 部分国外高碳铬轴承钢标准

序号

标准编号

标准名称

标准类别

标准适用范围

标准体系类别

1

ISO 683-17

热处理钢,合金钢和易切削钢 17部分:滚球和滚柱轴承钢

产品标准

所有轴承钢

产品质量符合性标准

2

ASTM A295

高碳铬轴承钢

产品标准

中高碳轴承钢

产品质量符合性标准

3

ASTM A485

高淬透耐磨轴承钢

产品标准

高淬透性中高碳轴承钢

产品质量符合性标准

4

ASTM A534

渗碳轴承钢

产品标准

渗碳钢

产品质量符合性标准

5

ASTM A535

优质滚珠和滚柱轴承钢

产品标准

所有轴承钢

产品质量符合性标准

6

DIN-17230

滚动轴承钢

产品标准

所有滚动轴承钢

产品质量符合性标准

7

JIS G 4805

高碳素轴受钢钢材

产品标准

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

8

JIS G 4103

铬镍钼钢

产品标准

渗碳钢

产品质量符合性标准

9

ГОСТ 801

滚珠轴承钢技术条件

产品标准

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

10

ГОСТ 21022

精密轴承用铬钢

产品标准

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

11

ГОСТ 800

轴承钢管技术条件

产品标准

钢管

产品质量符合性标准

12

ГОСТ 4727

制作滚珠、滚珠和滚动轴承套圈用ЩХ15钢圆钢丝

产品标准

GCr15钢丝

产品质量符合性标准

13

NF A35

轴承钢的质量

产品标准

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

14

IS 4398

滚珠、滚柱和套圈用的碳铬轴承钢

产品标准

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

15

IS 5489

渗碳轴承钢

产品标准

渗碳钢

产品质量符合性标准

16

ISO 4967

钢中非金属夹杂物含量的测定-标准评级图谱显微检验法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

17

ASTM E45

测定钢中非金属夹杂物含量的标准推荐方法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

18

ASTM E381

钢棒、方钢坯、大钢坯和钢锻件宏观浸蚀测试方法

检验试验方法

碳素轴承钢

产品质量符合性标准

19

ASTM E588

用超声波方法检测优质轴承钢中大颗粒夹杂物的标准

检验试验方法

碳素轴承钢

产品质量符合性标准

20

ASTM E1245

应用自动图像分析测定金属中夹杂物或第二相组织含量的标准试验方法

检测试验方法

夹杂物和碳化物等

产品质量符合性标准

21

ASTM E2142

用扫描电子显微镜评定和分类钢中夹杂物的试验方法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

22

ASTM E2283

钢内非金属夹杂物和其他显微结构特点极端值的分析规程

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

23

DIN 50602

用金属图谱评定优质钢中非金属夹杂物含量的显微检验法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

24

DIN EN 10247

使用标准图片对钢的非金属夹杂物含量的显微图检验

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

25

SEP 1570

特殊钢非金属夹杂物含量评级图谱显微检验法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

26

SEP 1570(补充件)

特殊钢非金属夹杂物含量评级图谱显微检验法-特殊钢细而长的非金属夹杂物显微检测法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

27

JIS G 0555

钢中非金属夹杂物的显微检验方法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

28

BS 7926

钢中非金属夹杂物百分比含量测定的定量显微照相法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

29

SEP 1520

钢中碳化物图谱系列显微检验法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

30

SKF D33系列

轴承钢技术条件

产品标准

所有轴承钢

产品质量符合性标准

31

SKF D30

轴承钢非金属夹杂物金相检验法

检测试验方法

夹杂物

产品质量符合性标准

32

日本KOYO

高碳铬和渗碳轴承钢棒技术条件

产品标准

高碳铬和渗碳轴承钢

产品质量符合性标准

33

日本NSK SR-1

轴承钢检查标准

产品标准

高碳铬轴承钢

产品质量符合性标准

  2. 标准对比

  2.1国内外标准及某钢铁企业标准对比

  选取成分基本一致的牌号,选用国标、国外标准及某企业内控标准,对成分、低倍组织、表面质量、制造方法、尺寸及外形和质量5项的最低要求进行对比(见表3)。

  GB/T 18254—2016牌号选取GCr15;内控牌号选取GCr15-PG1;国外标准ISO 683-17。

表3 国内外标准对比

检测项目

主要内容

ISO 683-17

GB/T 182542016

企业内控标准

熔炼成分

w/%

C

0.931.05

0.951.05

0.951.05

Si

0.150.35

0.150.35

0.150.35

Mn

0.250.45

0.250.45

0.250.45

Cr

1.351.60

1.401.65

1.401.60

Mo

0.10

0.10

0.08

Ni

 

0.25

0.20

Cu

0.30

0.25

0.18

P

0.025

0.025

0.020

S

0.015

0.020

0.015

Ca

 

 

0.0010

O

0.0015

成品或钢坯检验

成品检验

Ti

 

0.0050

0.0030

Alt

0.050

0.050

0.050

As

 

0.04

0.04

Sn

 

 

0.03

Pb

 

0.002

0.002

Sb

 

 

0.005

As+Sn+Sb

 

0.075

 

低倍组织

中心疏松

一般疏松

锭型偏析

中心偏析

 

铸坯未规定,圆钢检验

小方坯:YB/T 153评级图;

大方坯:按某钢铁企业大方坯连铸坯低倍组织缺陷评级图

表面质量

 

 

铸坯未规定

符合YB/T 2011

制造方法

钢冶炼方法

 

真空脱气

真空脱气

铸坯的制造方法及要求

 

连铸/模铸

连铸

尺寸、外形及质量

 

 

铸坯未规定

YB/T 2011

  从表3可见,3项标准在化学成分上存在细微差别,但总体而言,GB/T 18254—2016较之国际标准ISO 683-17,增加了Ti、As、Pb 3项元素的要求,更适应我国实际生产情况;而某企业内控标准较之GB/T 18254—2016更为严格,这体现在控制元素的数量更多、元素的范围区间更窄、其他检测项更多、检测要求更为规范。

  ISO 683-17并未规定低倍组织检验、表面质量、尺寸,外形及质量的检验方法和判定标准,并且表面质量制造方法上也并没作具体要求;GB/T 18254—2016则都做了大概的规定,而该企业内控标准则做出了更为详细规范的要求。

  2.2 高碳铬轴承钢圆钢产品国内外标准指标对比

  将国内外同牌号和等级的高碳铬轴承钢圆钢进行指标标准对比(见表4)。

表4 高碳铬轴承钢圆钢产品符合性评价指标(以某钢铁企业为例)

检测项目

主要内容

ISO

683-17

ASTM A295-2020

JISG 4805-2019

GB/T 182542016

企业内控值

试验方法

成分w/%

C

0.931.05

0.931.05

0.951.10

熔炼成分±0.03

0.951.05

GB/T 233.86

Si

0.150.35

0.150.35

0.150.35

熔炼成分±0.02

0.150.35

GB/T 233.5

Mn

0.250.45

0.250.45

0.50

熔炼成分±0.03

0.250.45

GB/T 233.63

Cr

1.351.60

1.351.60

1.301.60

熔炼成分±0.05

1.401.60

GB/T 223.11

Mo

0.10

0.10

0.08

0.10,熔炼成分+0.01;

0.10,熔炼成分±0.02

0.08

GB/T 223.26

Ni

 

0.25

0.25

熔炼成分+0.030

0.20

GB/T 223.23

Cu

0.30

0.30

0.25

熔炼成分+0.020

0.18

GB/T 223.53

P

0.025

0.025

0.025

熔炼成分+0.0050

0.020

GB/T 223.62

S

0.015

0.015

0.025

熔炼成分+0.0050

0.015

GB/T 223.85

Ca

 

 

 

 

0.0010

GB/T 223.77

O

0.0015

0.0015

 

0.0012

0.0010

GB/T 11261

Ti

 

 

 

熔炼成分+0.00050

0.0030

 

Al

0.050

0.050

 

熔炼成分+0.010

0.050

GB/T 223.9

As

 

 

 

熔炼成分

0.04

GB/T 233.31

Sn

 

 

 

 

0.03

GB/T 223.50

Pb

 

 

 

熔炼成分

0.002

GB/T 223.29

Sb

 

 

 

 

0.005

GB/T 223.47

As+Sn+Sb

 

 

 

熔炼成分

 

 

硬度

 

布氏HBW

 

 

 

球化退火态179-207

球化退火态179-207

GB/T 231.1

顶锻

 

 

 

 

 

公称直径60 mm的热轧、锻制圆

,热顶锻

公称直径60 mm的热轧、锻制圆钢,热顶锻

YB/T 5293

低倍检验

中心疏松

 

 

 

1.5

1.5

GB/T 1979

 

一般疏松

 

 

 

1.0

1.0

 

锭型偏析

 

 

 

1.0

1.0

 

中心偏析

 

 

 

2.0,适用于制作滚动体用连铸钢材

2.0

 

断口

退火断口

 

 

 

不适用

不适用

 

发蓝断口

 

 

 

不适用

不适用

 

非金属夹杂物*

A

细系2.5/粗系1.5

细系2.5/粗系1.5

细系2.5/粗系1.5

细系2.5/

粗系1.5

细系2.5/

粗系1.5

GB/T 10561

B

细系2.0/粗系1.0

细系2.0/粗系1.0

细系2.0/粗系1.0

细系2.0/

粗系1.0

细系2.0/

粗系1.0

 

C

细系0.5/粗系0.5

细系0.5/粗系0.5

细系0.5/粗系0.5

细系0.5/粗系0.5

细系0/

粗系0

 

D

细系1.0/粗系1.0

细系1.0/粗系1.0

细系1.0/粗系1.0

细系1.0/

粗系1.0

细系1.0/

粗系1.0

 

DS

 

2.0

2.0

2.0

1.5

 

脱碳层

显微组织

(球化退火)

 

 

 

 

10mmΦ120 mm,1.0%D

50mmΦ120 mm,1.0%D

GB/T 224

 

 

 

 

Φ60 mm,珠光体组织、2-4;

Φ60 mm,珠光体组织、依据协议

不适用

 

碳化物不均匀性

 

 

 

 

(1)网状:

不超第7评级图

(2)带状:

Φ80 mm:

3.0;

80mmΦ150 mm:

3.5

(3)液析:

Φ60 mm:2.0;

60mmΦ150 mm:

2.5

(1)网状:

不超第7评级图

(2)带状:

Φ60 mm:

2.5级;

60mmΦ80 mm:3.0;

80mmΦ120 mm:3.5级;

(3)液析:

Φ60 mm:

1.5级;

  60mmΦ80 mm:2.0级;

80mmΦ120 mm2.5级;

GB/T 18254

显微孔隙

 

 

 

 

Φ60 mm,不允许;

Φ>60 mm,不超过第10评级图的规定

不允许

GB/T 18254

表面质量

 

 

 

 

圆钢表面缺陷清理深度不大于尺寸公差之半;表面无影响使用的明显缺陷

圆钢表面缺陷清理深度不大于尺寸公差之半;表面无影响使用的明显缺陷

目视

无损检测

 

 

 

 

未要求

红外探伤,50Φ120 mm,探伤精度要求N-0.7

GB/T 11260

尺寸、

外形、

质量

直径及允许偏差

 

 

 

GB/T 702二组精度

GB/T 702二组精度

卡尺

长度

 

 

 

3000 mm8000 mm

3000 mm8000 mm

直尺

不圆度

 

 

 

GB/T 702的规定

不大于公称直径公差的50%

卡尺

弯曲度

 

 

 

每米弯曲度3 mm/m,

全长弯曲度0.3%×钢材长度

每米弯曲度4 mm/m,

全长弯曲度0.4%×钢材长度

直尺

扭转

 

 

 

不允许

不允许

目视

端头形状

 

 

 

锯切或剪切

锯切或剪切

目视

质量

 

 

 

按实际质量

按实际质量

磅秤

  注:*A为硫化物类;B为氧化铝类;C为硅酸盐类;D为球状氧化物类;DS为单颗粒球状类。

  影响轴承钢性能的主要因素如下。

  (1)轴承钢中的碳化物不均匀性

  轴承钢中的碳化物按形态分带状碳化物、液析碳化物、网状碳化物,3类碳化物的增多均会对接触疲劳等性能造成损伤[5];带状碳化物来源于钢锭凝固过程中的枝晶偏析,经轧制变形后,出现为带状的碳化物组织;碳化物液析是指C及Cr等合金元素在合金液相偏距析出的一次碳化物,在经过机械轧制处理后一般以条带状形式存在;网状碳化物是指在析出于奥氏体晶粒边界,形成网状形态的碳化物。

  ISO 683-17对碳化物的要求不高,而我国轴承钢国家标准对3种碳化物做了明确的要求,国内某厂的企业标准在国家标准的基础上对指标又进行了细分,做出更严格的质量要求,企业生产的轴承钢碳化物缺陷情况高出达标值,使得产品性能与合格率提高。

  (2)夹杂物缺陷

  轴承钢中的非金属夹杂物分为A、B、C、D、DS 5类,并以粗系不同再次划分成两种不同种类做测试,在金属中非金属夹杂物的数量、形状、分布、大小对轴承钢的切削性、拉伸性能和疲劳性能均产生较大的影响,故国外、国内标准中对非金属夹杂物级别均做出了定量要求,举例企业内控标准内夹杂物等级限制与国外、国内标准一致。

  (3)化学元素控制

  轴承钢中一般加入Mn、Cr、Mo、Ni、Ti、V等元素。其中Mn、Cr、Mo等合金元素的加入能起到固溶强化和沉淀强化的作用,使合金钢的拉伸、接触疲劳、耐磨性、耐应力腐蚀等性能显著提高;Ti、V等微量元素加入,与合金中的C反应,减少组织中碳化物生成,均匀碳化物分布,并细化晶粒,使合金的断裂韧性、疲劳性能提高。在国外标准规定产品的元素准确范围基础上,国内标准以熔炼成分规定产品范围,使轴承钢在成为钢锭时即需符合轴承钢产品标准中化学元素的要求;企业标准在国标基础上使Cr、Mo范围增大,并减小Cu、Ni等元素的标准范围,有害元素P、S的标准值降低,国内举例企业标准以更严苛的标准范围保障产品质量。

  3. 展望

  在当今我国由产业密集型的粗放式生产逐步转变为追求高性能、高质量的供给侧结构化改革的趋势下,轴承钢作为特殊钢的代表,需要达到更高的性能指标。虽然目前行业、企业内都进行了设备、技术升级以适应更高的需要,也制定了更为严格的标准,但是我国的轴承钢在性能、质量及用途上与国际先进水平有所差距。我国的工业由于起步较晚与发达国家相比较为落后,标准也是在国际标准的基础上之制定的,虽然国际标准有一定参考作用,但是也必将受制于人,此外在国际上也并不被广泛认可。虽然我国国标、行业标准较之国际上不少标准更为严格,但实际生产中,国外企业的内控标准并不外传,其高品质钢的质量、性能也较之国内更好。因此,轴承钢行业必须实现产业升级,自主研发出高性能的轴承钢并制定相应标准,逐步走向世界前列。

 

  作者:王岩峰 谢波 中国标准化研究院工业产品质量标准研究所;吕晴 张威豪 冯岩 包楠 钢研纳克检测技术股份有限公司

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