高碳铬轴承钢现行标准的梳理及对GCr15的标准比较-江苏省钢铁行业协会

　　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 18254—2016	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 28417—2012	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 33161—2016	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 18579—2019	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 4146—2016	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	钢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第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第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	金属材料拉伸试验第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 342—2017	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 702—2017	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 905—1994	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 908—2019	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 3207—2008	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 10561—2005	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第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，合金钢和易切削钢第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 18254—2016	企业内控标准
熔炼成分 w/%	C	0.93～1.05	0.95～1.05	0.95～1.05
	Si	0.15～0.35	0.15～0.35	0.15～0.35
	Mn	0.25～0.45	0.25～0.45	0.25～0.45
	Cr	1.35～1.60	1.40～1.65	1.40～1.60
	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
制造方法	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 18254—2016	企业内控值	试验方法
成分w/%		C	0.93～1.05	0.93～1.05	0.95～1.10	熔炼成分±0.03	0.95～1.05	GB/T 233.86
		Si	0.15～0.35	0.15～0.35	0.15～0.35	熔炼成分±0.02	0.15～0.35	GB/T 233.5
		Mn	0.25～0.45	0.25～0.45	≤0.50	熔炼成分±0.03	0.25～0.45	GB/T 233.63
		Cr	1.35～1.60	1.35～1.60	1.30～1.60	熔炼成分±0.05	1.40～1.60	GB/T 223.11
		Mo	≤0.10	≤0.10	≤0.08	≤0.10时,熔炼成分+0.01; ＞0.10时,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、锻制圆钢,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
断口		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）						10mm≤Φ≤120 mm,≤1.0%D	50mm≤Φ≤120 mm,≤1.0%D	GB/T 224
脱碳层显微组织（球化退火）						Φ≤60 mm,珠光体组织、2-4级; Φ＞60 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: Φ≤80 mm: ≤3.0级; 80mm≤Φ≤150 mm: ≤3.5级 (3)液析: Φ≤60 mm:≤2.0级; 60mm≤Φ≤150 mm: ≤2.5级	(1)网状: 不超第7评级图 (2)带状: Φ≤60 mm: ≤2.5级； 60mm≤Φ≤80 mm:≤3.0级; 80mm≤Φ≤120 mm:≤3.5级； (3)液析: Φ≤60 mm: ≤1.5级；　　60mm≤Φ≤80 mm:≤2.0级； 80mm≤Φ≤120 mm≤2.5级；	GB/T 18254
显微孔隙						Φ≤60 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，50≤Φ≤120 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 mm～8000 mm	3000 mm～8000 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。