负责人：柳永宁
所在学院：材料学院
一、项目简介
经过几十年的发展，中国已经发展成为轴承钢的生产大国，产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距，主要是疲劳寿命的延长。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度；表面改性处理；以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的，特别是在高负载荷等严酷条件下使用时，更是如此，所以一直有需求开发一种具有更长使用寿命的钢材。
当钢的含碳量大于0.77%以后成为过共析钢，过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体。渗碳体的硬度高，耐磨性好，增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因，为了减少脆性，避免较多的网状渗碳体，轴承钢的含碳量一般都小于1.0左右，高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎，将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体，在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度，这样都增加了工艺成本，浪费了能源。本项目提出了超高碳轴承钢的概念，设计并制备了含碳量在1.20-1.31%超高碳轴承钢。
二、产品性能优势
在最佳热处理工艺条件下，超高碳钢的接触疲劳寿命是传统GCr15钢和瑞典SKF-3轴承钢的3-5倍。
图1轴承材料接触疲劳寿命
三、 提高性能的原因在于：
在相同的热处理条件下硬度提高2-3HRc度。
晶粒显著细化。在相同热处理条件下，超高碳钢的平均晶粒尺寸为6.9μm，而传统GCr15和SFK-3材料的晶粒为13.5μm，细化晶粒可以提高强度与韧性。
耐回火温度提高。在相同的回火温度下，超高碳钢的硬度高2-3HRc，因此在相同的硬度条件下，回火温度可以提高50-100℃，这样可以充分释放淬火应力。这些因素都是提高寿命的原因。
在实验室工作的基础上，本项目已开展了工业化的实验，完成了小批量超高碳轴承钢的制备、重卡汽车轴承样件加工以及轴承产品的台架疲劳实验。测试结果与实验室材料接触疲劳寿命实验结果吻合，在0.45应力比条件下测试了8倍的额定寿命，传统GCr15轴承通常在0.35应力比台架下测试3倍寿命。目前已完成了工业化规模（60吨）的材料熔炼、轧制，进入到机械加工阶段，待路试合格后将成为新一代轴承钢材料。该材料的成本与GCr15相当，热处理工艺也相同，所以不增加额外成本。
图2 典型GCr15轴承钢轴承和新材料轴承台架试样后轴承表明质量，新材料表面质量完好，GCr15轴承钢轴承表面发黄，表明轴承运转时表面瞬时温度升高到200度以上。
四、技术成熟度
□概念验证 □原理样机 R工程样机 □中试 £产业化
五、合作方式
□联合研发 □技术入股 □转让 £授权（许可） R面议
