国产与进口的差距：轴承巨头的轴承钢到底好在哪里？

高品质的轴承一直在“炼狱”中工作，它不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转，还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。这对轴承的精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求，而决定这四点的关键因素，在于其材质--轴承钢。

遗憾的是，虽然我国的制轴工艺已经接近世界顶尖水平，但材质也就是高端轴承用钢几乎全部依赖进口。

今天我们以进口品牌铁姆肯举例，来详细分析轴承钢好坏差别在哪里？

轴承材料与性能的关系

轴承应用的位置作为设备运转的关键，对轴承性能提出了极高要求。根据应用条件选取适合的材料是确保轴承性能的关键。例如高温应用、超低温应用、高冲击载荷应用、多杂质环境应用、高转速应用、腐蚀气氛等恶劣的使用环境，我们必须根据不同的应用需求来使用恰当的材料和热处理工艺。

轴承钢材

应用于轴承的材料日趋多样化，但对钢材的选用和加工仍然是决定轴承整体表现最重要的因素。

1、钢材的纯净度

我们所计算的轴承寿命都是基于轴承发生疲劳剥落的寿命，而轴承钢的纯净度则对疲劳剥落有着直接的影响。这是因为，轴承的钢材无法做到100%的纯净，必然会存在一些非金属夹杂物，在轴承的承载旋转过程中，夹杂物周围会产生应力集中，久而久之，应力集中处会产生裂纹，当裂纹发展到滚道面上时，轴承就会产生疲劳剥落。

夹杂物引起的裂纹源到疲劳剥落过程演示

上图所示为夹杂物引起裂纹源并最终导致疲劳剥落的演变过程，可见纯净度对轴承的疲劳寿命有着决定性的影响。而材料的纯净度与钢材的化学成分、熔炼方式、热加工工艺等有着密切的联系。如果非金属夹杂过多或尺寸过大，就会导致材料很容易出现疲劳裂纹源，随着轴承的进一步使用，裂纹不断扩展并最终剥落。

夹杂物与轴承疲劳寿命的关系

2、材料的热处理

目前市面上的轴承热处理工艺主要包括低碳钢渗碳和高碳钢淬透。热处理的最终的目的都是为了得到疲劳寿命更长、几何结构稳定性更高且表面硬度满足使用要求的轴承材料。组织的均匀性与晶粒大小对材料的性能有着至关重要的影响。

一般国外的进口轴承，会通过对热处理工艺的成熟把控，使得应用在轴承中的材料热处理组织更均匀、晶粒控制更细化，得到物理性能更好的轴承材料。对于一般应用条件，使用全淬透处理的钢材作为轴承材料，但是如果在冲击载荷较大或运行环境杂质较多的情况下，大品牌会选择渗碳钢，这样能保证轴承具备较好的抗冲击性，同时能抑制由于杂质而引起的轴承损伤。

铁姆肯如何提高纯度？

提高轴承钢的纯净度，首先要做的就是控制钢中的氧含量，炼钢中用ppm（每百万分之一）来作为氧含量的单位，一般来说8个ppm的钢就属于好钢，而高端轴承所需要的则是5个ppm的顶级钢。

高端轴承钢中均匀细小的碳化物组织和热处理后均匀分布的细小碳化物

1. 炼钢技术是轴承钢纯度的核心

目前高速钢、工模具钢连铸技术在国内工业化生产基本属于空白，且这些高品质特殊钢连铸容易产生拉漏、产品易断裂及产生裂纹，成功率较低。虽然国内少数企业尝试过水平连铸和弧形圆坯连铸进行工模具钢的试制，但效果并不理想。

铁姆肯使用的Jumbo Bloom 立式连铸机完美解决了这类高品质钢在连铸过程中产生的各类问题。

浇铸和铸坯凝固全部过程都是在垂直状态中进行的连续铸钢类型。这种连铸的中间罐、结晶器、二冷区、拉矫机、切割设备以及接受定尺铸坯等一系列设备和操作均布置在一条垂直的中心线上。（如下图所示）

传统的钢铁洁净度检测无法保证测量到足够的范围，而且传统的测量技术只能说明可能的缺陷会导致工件产生疲劳性能。铁姆肯在Ultrapremium™技术使用EDS进行自动SEM（scanningelectron microscopy），从而保证对铁姆肯生产的钢铁进行大范围内的夹杂物检测和准确的夹杂物测定：

氧化物夹杂在尺寸上大于10到20微米

氧化物夹杂在长度上大于100和200微米

最大的可能夹杂物尺寸

2. 表面渗碳热处理工艺

这是铁姆肯最引以为傲的热处理工艺，热处理过程中，使用特殊熔炉对内圈、滚子外部加热，使部件表面渗入碳。

由此产生的高碳外表层非常坚硬且耐磨，同时芯部的低碳钢相对较软，这种外硬内软的特性使轴承部件面对冲击负荷时更具韧性。

▲渗碳后的轴承内圈

修型和表面光洁度铁姆肯还会根据轴承具体的作业工况对轴承滚道进行特殊修型以及表面粗糙度的优化，减少应力集中；优化摩擦接触面状态，进而提高轴承寿命。

轴承钢素有“钢中之王”的称号，是钢铁生产中要求最严的钢种。诚然目前国产轴承，相比于进口高端轴承，在精度、轴承振动、噪声与异音、可靠性、高速性能方面还有一定差距。

但是从十三五开始，国家已经逐步意识到包括轴承在内的高端技术必须快速突破，随着我国轴承技术不断发展，相信和外国进口品牌的技术会越拉越小，让我们期待更多的国产技术进步领先！

（转自：特钢技术）