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(duì)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(rùn)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(rùn)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(dòng)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(guò)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(guò)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(guò)程中的硬度保持性，并推遲滾動(dòng)接觸過(guò)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(rùn)滑條件下鋼球表面粗糙度及其劣化對(duì)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(zhǎng)。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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(duì)污染潤(rùn)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(rùn)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(jiǎn)單，成本低。

1.4 高Cr鋼

在潔凈潤(rùn)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?？捎糜跈C(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(chǎng)合。

1.5 其他全淬硬鋼

BAHNSEN.C對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(jí)滲碳）開發(fā)了KE-Ⅱ軸承。通過(guò)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(rùn)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(zhǎng)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(rùn)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(rùn)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(zhǎng)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(rùn)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(dòng)接觸疲勞壽命為SUJ2的5倍；SHX3用于潔凈潤(rùn)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(zhǎng)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(rùn)滑條件下具有較長(zhǎng)的滾動(dòng)接觸疲勞壽命。

日本學(xué)者清史平川對(duì)水混入潤(rùn)滑條件下的滾動(dòng)疲勞進(jìn)行研究。水的混入降低潤(rùn)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(guò)控制滲碳淬回火后的殘余奧氏體量提高接觸疲勞壽命?；谶@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(wú)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(guò)對(duì)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(dòng)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(huì)混入軸承潤(rùn)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(guó)12CrNi3Mo）的基礎(chǔ)上調(diào)整Ni，Cr，Mo的含量，開發(fā)了耐銹蝕長(zhǎng)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(zhǎng)2倍以上。

KLECKA.M.A, SUBHASH.G, ARAKERE.N.K對(duì)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(lái)。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(lái)，我國(guó)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(guò)對(duì)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(lái)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(guò)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(dòng)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(guò)調(diào)整合金元素控制碳化物的尺寸及分布。經(jīng)過(guò)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(jí)；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(tái)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(jí)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(jiǎn)稱ADI材料。石墨球尺寸極小，不超過(guò)20 μm，分布密度可達(dá)400~700個(gè)/mm2。ADI材料具有自潤(rùn)滑、長(zhǎng)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。