轴承钢（Bearing Steel）是用于制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）和套圈的专用钢材，具有高硬度、耐磨性、高弹性极限和尺寸稳定性。其核心要求包括化学成分均匀性、非金属夹杂物控制、碳化物分布优化等，是钢铁材料中质量控制最严格的钢种之一。根据用途和成分差异，轴承钢可分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四大类，广泛应用于汽车、航空、高铁、机床等领域。
一、分类与特性
高碳铬轴承钢
成分：含碳量0.95%～1.1%，铬含量1.4%～1.65%，主加元素为铬（Cr），辅以硅（Si）、锰（Mn）、钼（Mo）等。
典型牌号：GCr15（含Cr1.5%）、GCr15SiMn（含Si、Mn强化）。
特点：占轴承钢产量的80%以上，耐磨性优异，用于普通轴承及精密仪器。
渗碳轴承钢
成分：低碳（C 0.08%～0.23%），含铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）等。
典型牌号：G20CrMo、G20CrNi2Mo。
特点：通过表面渗碳处理提高硬度，芯部保持韧性，适用于大型重载轴承（如轧机轴承）。
不锈轴承钢
成分：含铬（Cr）13%～18%，部分含钼（Mo）或钒（V）。
典型牌号：9Cr18MoV、4Cr13。
特点：耐腐蚀性强，用于化工、海洋环境中的轴承。
高温轴承钢
成分：含钨（W）、钼（Mo）、钒（V）等高温合金元素。
典型牌号：W18Cr4V、Cr14Mo4V。
特点：在300～500℃高温下保持红硬性，用于航空发动机轴承。
二、关键性能要求
化学成分均匀性
碳（C）含量需严格控制在0.95%～1.1%，过高会增加脆性，过低则降低耐磨性。
铬（Cr）含量不超过1.65%，过高会增加残余奥氏体，降低尺寸稳定性。
纯洁度与夹杂物控制
氧含量需≤10ppm（如莱钢GCr15JD协议），夹杂物尺寸≤20μm，以减少疲劳剥落风险。
硫（S）、磷（P）含量需≤0.02%，避免热脆性和冷脆性。
碳化物分布
碳化物液析级别≤2级，通过高温扩散退火（1150～1200℃）消除偏析。
三、生产工艺
冶炼工艺
电炉冶炼+真空脱气：采用UHP电炉冶炼，配合LF精炼和VD/RH真空处理，降低氧含量和夹杂物。
连铸与轧制：连铸坯需缓冷以消除白点，终轧温度控制在800～850℃，避免网状碳化物析出。
热处理工艺
球化退火：改善切削加工性能，为后续淬火做组织准备。
淬火+回火：淬火温度830～860℃，回火温度150～200℃，获得马氏体+残余奥氏体组织。
表面处理：渗碳、氮化或真空渗碳，提升表面硬度与耐磨性。
四、应用领域
汽车工业：占轴承钢需求的40%，用于轮毂轴承、变速箱轴承等。
航空航天：高精度轴承钢（如GCr15JD）用于飞机起落架、发动机轴承。
高铁与风电：耐疲劳轴承钢（如GCr15SiMn）支撑高速列车和风力发电机。
机床与机械：精密量具、冷冲模等非轴承用途占比约10%。
五、行业现状与趋势
产能与竞争
中国轴承钢年产量约400万吨，占全球1/3，但高端产品（如航空轴承钢）仍依赖进口。
行业集中度高，中信特钢、莱钢、石钢等CR3达63%。
技术瓶颈
碳化物偏析：传统冶炼工艺易导致碳化物分布不均，影响疲劳寿命。
夹杂物控制：需进一步降低脆性夹杂物（如氧化物）含量。
发展趋势
超纯净技术：氧含量≤5ppm、钛含量≤10ppm的轴承钢研发。
组织优化：通过双细化热处理（晶粒尺寸≤5μm，碳化物尺寸≤0.3μm）提升疲劳寿命。
绿色制造：电渣重熔（ESR）、真空自耗电弧炉（VAR）等节能工艺推广。
六、标准与检测
国家标准：GB/T 18254-2002（高碳铬轴承钢）、GB/T 3203-2008（渗碳轴承钢）。
质量要求：低倍组织无缩孔、白点，非金属夹杂物级别≤2级，脱碳层深度≤0.1mm。
总结
轴承钢是高端装备制造业的核心材料，其性能直接决定轴承寿命与可靠性。未来，随着超纯净冶炼、纳米级组织调控等技术的突破，轴承钢将向更高疲劳寿命、更宽温域适应性方向发展，支撑中国从轴承大国迈向轴承强国。