軸承鋼（Bearing Steel）是用于制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）和套圈的專用鋼材，具有高硬度、耐磨性、高彈性極限和尺寸穩定性。其核心要求包括化學成分均勻性、非金屬夾雜物控制、碳化物分布優化等，是鋼鐵材料中質量控制最嚴格的鋼種之一。根據用途和成分差異，軸承鋼可分為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼等四大類，廣泛應用于汽車、航空、高鐵、機床等領域。
一、分類與特性
高碳鉻軸承鋼
成分：含碳量0.95%～1.1%，鉻含量1.4%～1.65%，主加元素為鉻（Cr），輔以硅（Si）、錳（Mn）、鉬（Mo）等。
典型牌號：GCr15（含Cr1.5%）、GCr15SiMn（含Si、Mn強化）。
特點：占軸承鋼產量的80%以上，耐磨性優異，用于普通軸承及精密儀器。
滲碳軸承鋼
成分：低碳（C 0.08%～0.23%），含鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）等。
典型牌號：G20CrMo、G20CrNi2Mo。
特點：通過表面滲碳處理提高硬度，芯部保持韌性，適用于大型重載軸承（如軋機軸承）。
不銹軸承鋼
成分：含鉻（Cr）13%～18%，部分含鉬（Mo）或釩（V）。
典型牌號：9Cr18MoV、4Cr13。
特點：耐腐蝕性強，用于化工、海洋環境中的軸承。
高溫軸承鋼
成分：含鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）等高溫合金元素。
典型牌號：W18Cr4V、Cr14Mo4V。
特點：在300～500℃高溫下保持紅硬性，用于航空發動機軸承。
二、關鍵性能要求
化學成分均勻性
碳（C）含量需嚴格控制在0.95%～1.1%，過高會增加脆性，過低則降低耐磨性。
鉻（Cr）含量不超過1.65%，過高會增加殘余奧氏體，降低尺寸穩定性。
純潔度與夾雜物控制
氧含量需≤10ppm（如萊鋼GCr15JD協議），夾雜物尺寸≤20μm，以減少疲勞剝落風險。
硫（S）、磷（P）含量需≤0.02%，避免熱脆性和冷脆性。
碳化物分布
碳化物液析級別≤2級，通過高溫擴散退火（1150～1200℃）消除偏析。
三、生產工藝
冶煉工藝
電爐冶煉+真空脫氣：采用UHP電爐冶煉，配合LF精煉和VD/RH真空處理，降低氧含量和夾雜物。
連鑄與軋制：連鑄坯需緩冷以消除白點，終軋溫度控制在800～850℃，避免網狀碳化物析出。
熱處理工藝
球化退火：改善切削加工性能，為后續淬火做組織準備。
淬火+回火：淬火溫度830～860℃，回火溫度150～200℃，獲得馬氏體+殘余奧氏體組織。
表面處理：滲碳、氮化或真空滲碳，提升表面硬度與耐磨性。
四、應用領域
汽車工業：占軸承鋼需求的40%，用于輪轂軸承、變速箱軸承等。
航空航天：高精度軸承鋼（如GCr15JD）用于飛機起落架、發動機軸承。
高鐵與風電：耐疲勞軸承鋼（如GCr15SiMn）支撐高速列車和風力發電機。
機床與機械：精密量具、冷沖模等非軸承用途占比約10%。
五、行業現狀與趨勢
產能與競爭
中國軸承鋼年產量約400萬噸，占全球1/3，但高端產品（如航空軸承鋼）仍依賴進口。
行業集中度高，中信特鋼、萊鋼、石鋼等CR3達63%。
技術瓶頸
碳化物偏析：傳統冶煉工藝易導致碳化物分布不均，影響疲勞壽命。
夾雜物控制：需進一步降低脆性夾雜物（如氧化物）含量。
發展趨勢
超純凈技術：氧含量≤5ppm、鈦含量≤10ppm的軸承鋼研發。
組織優化：通過雙細化熱處理（晶粒尺寸≤5μm，碳化物尺寸≤0.3μm）提升疲勞壽命。
綠色制造：電渣重熔（ESR）、真空自耗電弧爐（VAR）等節能工藝推廣。
六、標準與檢測
國家標準：GB/T 18254-2002（高碳鉻軸承鋼）、GB/T 3203-2008（滲碳軸承鋼）。
質量要求：低倍組織無縮孔、白點，非金屬夾雜物級別≤2級，脫碳層深度≤0.1mm。
總結
軸承鋼是高端裝備制造業的核心材料，其性能直接決定軸承壽命與可靠性。未來，隨著超純凈冶煉、納米級組織調控等技術的突破，軸承鋼將向更高疲勞壽命、更寬溫域適應性方向發展，支撐中國從軸承大國邁向軸承強國。