1. 1 含Si鋼

加入不同體積分?jǐn)?shù)Si后軸承鋼的接觸疲勞壽命見表1，由表可知，接觸疲勞壽命隨Si含量的增大而增大，而且加入Si還可提高鋼的抗回火軟化性。

表1 Si含量與接觸疲勞壽命的關(guān)系（點(diǎn)接觸條件下）

大同特鋼與NTN合作，針對準(zhǔn)高溫工況，在SUJ2的基礎(chǔ)上增加Si含量（1.0%~1.4%）以防止高溫硬度下降，并添加Ni增強(qiáng)韌性及基體強(qiáng)度，開發(fā)了STJ2，NTJ2材料，在200 ℃下仍能保持較高的硬度，疲勞試驗(yàn)壽命為SUJ2的33倍，用于高溫工況下壽命要求較高的汽車用調(diào)心滾子軸承、渦輪增壓器軸承等。

KOYO在SUJ2的基礎(chǔ)上添加Si，Ni開發(fā)了GT鋼，提高了基體強(qiáng)度及韌性，同時(shí)提高了抗回火穩(wěn)定性，在潔凈潤滑條件下，GT鋼制軸承的疲勞壽命約為標(biāo)準(zhǔn)SUJ2的6倍以上。GT鋼用于制造在重載、潔凈潤滑條件或小型輕量化條件下使用的軸承。在SUJ2基礎(chǔ)上添加1%Si及0.5%Mo，開發(fā)了準(zhǔn)高溫軸承鋼KUJ7。該鋼在180 ℃，5 230 MPa的條件下，L10比GCr15提高約20倍，特別適合于制造汽車發(fā)動機(jī)主軸及輔機(jī)用軸承和鋼鐵等熱加工設(shè)備用軸承。

日本學(xué)者大崎浩志在SUJ2基礎(chǔ)上添加0.5%Si及0.3%Mo，開發(fā)出新型軸承鋼SBS1。添加Si和Mo可以通過固溶強(qiáng)化提高基體強(qiáng)度，而且可以細(xì)化碳化物并阻礙C的擴(kuò)散，推遲在回火及軸承使用過程中馬氏體中析出碳化物，以及殘余奧氏體的分解，進(jìn)而提供高的抗回火穩(wěn)定性和使用過程中的硬度保持性，并推遲滾動接觸過程中白色組織的形成。在130 ℃的工作溫度下承受4.9~7.0 GPa接觸應(yīng)力時(shí)，SBS1的接觸疲勞壽命為SUJ2的1.5~3倍。

NSK研究了污染潤滑條件下鋼球表面粗糙度及其劣化對球軸承溝道壓痕起源型剝落的影響。鋼球表面粗糙度值越小且劣化越慢，則軸承壽命越長。原因是高粗糙度或劣化的鋼球作用在壓痕邊沿的切應(yīng)力大，易引起疲勞剝落。采用可以析出細(xì)小超硬氮化硅、氮化錳的材料（高Si的SUJ2）+特殊的碳氮共滲，可防止鋼球表面粗糙度因劣化而增大，疲勞壽命比標(biāo)準(zhǔn)材料提高1倍。并應(yīng)用這一技術(shù)（EQTF）開發(fā)了汽車變速箱用超韌球軸承。

1.2 含V鋼

NSK在鋼中加入釩，并通過TF處理形成大量細(xì)小彌散的高硬度釩碳氮化物，耐磨性提高7倍，心部韌性提高5倍，使用壽命至少可延長2倍以上，開發(fā)了用于連鑄導(dǎo)輥的調(diào)心球面滾子軸承（SWR軸承）。

日本學(xué)者山村賢二等研究開發(fā)了耐氫且具有較高硬度的軸承鋼。在100Cr6的基礎(chǔ)上添加0.5%V（100Cr6+V），球化退火后，在860 ℃加熱15 min，再升高到    1 200 ℃保溫1 min后淬火，之后600 ℃保溫60 min再升溫至860 ℃保溫3 min，最后在200 ℃回火210 min。1 200 ℃短時(shí)保溫是為了溶解粗大的V4C3，600 ℃保溫為了析出細(xì)小的共格V4C3。共格V4C3具有較強(qiáng)的捕氫能力，通過捕獲滲入鋼中的氫降低氫的有害作用，防止發(fā)生異常白色組織組織剝落。且因大量細(xì)小高硬度的共格V4C3，可將硬度提高20HV。

1.3 含Mn鋼

針對污染潤滑工況，NTN在SUJ2的基礎(chǔ)上添加2.5%Mn開發(fā)了DC2。在正常淬回火狀態(tài)下殘余奧氏體可達(dá)20%以上，污染油潤滑下的接觸疲勞壽命大幅提高，接近于碳氮共滲后的壽命，但熱處理工藝簡單，成本低。

1.4 高Cr鋼

在潔凈潤滑條件下，NSK開發(fā)了高Cr高碳鋼SHJ5（約8.0%Cr），施以SUJ2的正常淬回火，異常白色組織剝落壽命為SUJ2的4倍，還具有較高抗咬合極限及尺寸穩(wěn)定性，且節(jié)省了熱處理成本。可用于機(jī)床主軸類高速應(yīng)用或易發(fā)生異常白色組織剝落的場合。

1.5 其他全淬硬鋼

BAHNSEN.C對100Cr6的噴射成形進(jìn)行了研究。先將鋼材感應(yīng)加熱熔化，通過噴射形成棒材后軋制成材。優(yōu)點(diǎn)是可改善夾雜物及碳化物的形態(tài)及分布，提高疲勞性能。另外可在熔煉時(shí)調(diào)整成分，如增加S，Mn含量，噴射成形后在鋼材中得到較多的細(xì)小分散的硫化物，可顯著改善切削加工性能。

CLEMONS.K介紹了采用粉末冶金制造的高溫鋼REX20和高溫不銹鋼CRU80。2種鋼中的合金碳化物細(xì)小彌散。經(jīng)過淬火537 ℃回火后REX20的硬度可達(dá)66 HRC，替代52100用于高溫；經(jīng)過淬火524 ℃回火后CRU80的硬度可達(dá)64 HRC，且耐蝕性高于440C。

KOYO在軸承鋼的基礎(chǔ)上，優(yōu)化Si，Mn，Cr含量開發(fā)出新鋼種KCr620，并采用新的滲碳技術(shù)（碳化物彌散滲碳或超級滲碳）開發(fā)了KE-Ⅱ軸承。通過碳化物彌散滲碳可在表層獲得大量彌散細(xì)小的碳化物（面積10%）、高的殘余奧氏體含量（30%）、高的表面硬度及高的碳含量，使軸承零件耐磨、耐壓痕及高強(qiáng)度。在污染潤滑條件下，KE-Ⅱ軸承壽命為普通軸承的15倍以上，為原滲碳鋼KE軸承的1.5倍，用于汽車變速箱，使其結(jié)構(gòu)更緊湊，承載能力更高。

SHX，SHX3系列鋼是NSK在TF鋼（SAC）基礎(chǔ)上增加Cr含量開發(fā)的表面硬化鋼，碳氮共滲后具有優(yōu)異的抗熱粘著性能和耐磨性，并具有長壽命、耐污染、抗異常白色組織剝落及較高的尺寸穩(wěn)定性等特性。SHX用于耐高溫ROBUST系列電主軸軸承，配合Spinshot潤滑系統(tǒng)，軸承dmn值可達(dá)3.5×106 mm·r/min（轉(zhuǎn)速4×104 r/min）。在污染潤滑條件下，采用新型表面硬化鋼SHX3（在SHX鋼的基礎(chǔ)進(jìn)一步增加Cr含量）并施以碳氮共滲，材料中較高的Cr含量可以阻止氫滲入以及在軸承鋼中的擴(kuò)散，提高了軸承異常白色組織剝落壽命，如開發(fā)出的長壽命帶式CVJ帶輪軸承(BELTOP軸承)，壽命是SUJ2鋼軸承的10倍以上或HTF軸承的5倍以上；在污染潤滑條件下，由于碳氮共滲后表面高的殘余奧氏體含量及大量的細(xì)小合金碳化物，滾動接觸疲勞壽命為SUJ2的5倍；SHX3用于潔凈潤滑條件工作機(jī)床主軸軸承，因其具有更高的抗咬合極限、耐磨性及尺寸穩(wěn)定性，可大大延長軸承的壽命及精度保持性。

TL同為NSK開發(fā)的專利表面硬化鋼，碳氮共滲后具有較高的高溫硬度及韌性，表面為高的殘余壓應(yīng)力（-240 MPa），可實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈與軸的緊配合，在高溫和污染油潤滑條件下具有較長的滾動接觸疲勞壽命。

日本學(xué)者清史平川對水混入潤滑條件下的滾動疲勞進(jìn)行研究。水的混入降低潤滑劑黏度，導(dǎo)致軸承運(yùn)行初期發(fā)生磨損，之后以暴露于表面的夾雜物為疲勞源形成裂紋，并因水混入削弱了原奧氏體晶界強(qiáng)度而使裂紋沿原奧氏體晶界擴(kuò)展。采用真空電弧重熔的高純度含Ni滲碳鋼（18CrNiMo14-6，3.3%Ni），通過控制滲碳淬回火后的殘余奧氏體量提高接觸疲勞壽命。基于這些技術(shù)，NSK開發(fā)了適用于軋鋼機(jī)工作輥及支承輥用的WTF圓錐滾子軸承。

ES1為NSK開發(fā)了軸承用高氮馬氏體不銹鋼，無粗大的共晶碳化物，淬回火后在馬氏體基體上分布著細(xì)小碳氮化物。經(jīng)特殊氮化后，在鋼球表層形成Fe，Cr的氮化物層，表面硬度接近氮化硅陶瓷球，具有較高的耐磨性、韌性及接觸疲勞性能，且線膨脹系數(shù)與鋼制套圈相近，可利用溫度變化時(shí)尺寸變化的一致性保證軸承的游隙。通過對ES1進(jìn)行特殊氮化處理開發(fā)了DS球，裝有DS球的軸承的旋轉(zhuǎn)精度、壽命持久性、耐沖擊性、耐微動磨損性優(yōu)越，可用于OA機(jī)械。

軋機(jī)軋輥軸徑軸承運(yùn)行時(shí)，軋制液中的水或粉塵會混入軸承潤滑劑中導(dǎo)致軸承表面損傷，進(jìn)而產(chǎn)生銹蝕和剝落。JTEKT（KOYO）在SAE9310（相當(dāng)于中國12CrNi3Mo）的基礎(chǔ)上調(diào)整Ni，Cr，Mo的含量，開發(fā)了耐銹蝕長壽命表面硬化軸承鋼（0.2%C，0.25%Si，1.5%Ni，2.0%Cr，0.8%Mo），并進(jìn)行滲碳+碳氮共滲處理，耐蝕性良好，韌性提高，壽命提高7倍。

K?PF.A將X30CrMoN15-1用于高速機(jī)床主軸混合軸承，磨損壽命較100Cr6提高30%~35%。

CHS-50是一種新型的易滲碳高溫軸承鋼，其將鉻含量降低為1%左右并適當(dāng)提高鉬含量，解決了M50NiL不易滲碳的問題。采用低合金滲碳鋼的滲碳工藝，以及高速鋼M50的淬回火工藝進(jìn)行處理后，表面層為回火馬氏體和非常細(xì)小的碳化物，沒有大的塊狀、帶狀碳化物，具有高的硬度和殘余壓應(yīng)力。軸承的L10是M50的20倍以上，比激光熔覆M50的壽命長2倍以上。

KLECKA.M.A, SUBHASH.G, ARAKERE.N.K對新開發(fā)的高溫不銹滲碳鋼P(yáng)675的組織和性能進(jìn)行了研究。該鋼含有較高的Cr和Co含量，經(jīng)滲碳后表層的碳化物含量達(dá)26%，且碳化物細(xì)小，硬度為925HV（M50NiL為825HV），表面殘余壓應(yīng)力為-400 MPa，因含有12.5%Co及13.0%Cr，具有更好的高溫性能及耐蝕性，綜合性能優(yōu)于M50NiL。

CSS-42L在現(xiàn)有軸承合金鋼，如不銹鋼AISI440C，高合金鋼BG42(1.15%C，0.30%Si，0.50%Mn，14.50%Cr，4.00%Mo，1.20%V)和一種超高強(qiáng)度鋼AFC77(0.12～0.17%C，＜0.25%Si，＜0.30%Mn，0.30～0.70%Ni，13.5～14.5%Cr，4.5～5.0%Mo，0.10～0.30%V，13.0～14.5%Co)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。其成分為0.12%C，14.0%Cr，2.0%Ni，12.0%Co，4.75%Mo，0.6%V和0.02%Nb，該鋼經(jīng)滲碳淬火熱處理后的表面最高硬度達(dá)67～72HRC，在480～500 ℃下的高溫硬度高達(dá)58HRC，心部組織為高溫回火馬氏體基體上均勻分布著細(xì)小析出碳化物，斷裂韌度達(dá)110 MPa·m1/2，可以替代M50和M50NiL等第二代軸承鋼，具有高的使用壽命和可靠性。類似的鋼種還有Gearmet C69(0.10%C，5.0%Cr,，3.0%Ni，5.0%Mo，0.02%V，28.0%Co)，這類鋼種也被稱為第三代軸承鋼。

近些年來，我國在新鋼種的開發(fā)方面積極跟進(jìn)。如G13Cr4Ni4MoV（M50NiL），GCr18Mo（100CrMo7或SKF24），GCr15SiMo（ШХ15СМ），ZWZ12/14（SKF25/26），新型不銹鋼G65Cr14Mo，高氮不銹鋼等。另外，幾個(gè)高校團(tuán)隊(duì)也開發(fā)了一些全新鋼種。

燕山大學(xué)張福成團(tuán)隊(duì)通過對納米貝氏體軸承用鋼的研究，發(fā)現(xiàn)Al元素兼具促進(jìn)貝氏體相變，抑制碳化物析出，降低材料氫脆敏感性，降低密度等有利效果，近年來相繼開發(fā)了多種性能優(yōu)異的含鋁納米貝氏體軸承用鋼。如表面為高碳納米貝氏體而心部為低碳馬氏體組織的滲碳鋼，20CrMnMoSiAl，G23Cr2Ni2SiMoAl；全淬硬納米貝氏體鋼GCr15SiAl，GCr15SiMoAl，GCr15SiMoAl-1，經(jīng)過等溫淬火后可得到納米尺度貝氏體，性能良好，在LYC試用于制造5 MW風(fēng)電機(jī)組用偏航、變槳軸承和主軸軸承的滾動體。

西安交通大學(xué)柳永寧團(tuán)隊(duì)開發(fā)了超高碳軸承鋼，提高碳含量并增加碳化物的數(shù)量，通過調(diào)整合金元素控制碳化物的尺寸及分布。經(jīng)過球化退火后，組織為均勻分布的大量細(xì)小彌散的粒狀碳化物。按一般軸承鋼工藝淬火后，奧氏體晶粒尺寸為GCr15的1/2，約12～13級；350 ℃左右回火后，硬度可保持在60HRC以上，比GCr15高5HRC以上；耐磨性優(yōu)于GCr15，接觸疲勞壽命L10為GCr15的5倍；臺架試驗(yàn)后表面狀態(tài)優(yōu)于GCr15。該鋼種已在陜西重汽裝車使用，鑒于其性能，建議用于要求耐磨，使用溫度較高的軸承上，如機(jī)床主軸軸承、汽車輔機(jī)軸承等。

西安理工大學(xué)許旸團(tuán)隊(duì)用垂直連鑄精密成形方法拉制出球墨鑄鐵空心型材（其鑄態(tài)組織達(dá)到最高細(xì)密級別），再經(jīng)球化退火和等溫淬火，獲得超細(xì)密的“奧鐵組織+石墨球”，簡稱ADI材料。石墨球尺寸極小，不超過20 μm，分布密度可達(dá)400~700個(gè)/mm2。ADI材料具有自潤滑、長壽命、低溫升、低噪聲、重量輕、耐沖擊，尺寸穩(wěn)定等性能，優(yōu)于一般軸承鋼，已試用于諧波減速器軸承。