汽车零部件用钢的主要国内外标准

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

GB/T8731 易切削钢标准易切削钢是以降低成本（降低工具费用和提高工效），提高切削品位，降低切削抗力或者在机械加工的自动化加工过程中改善切屑处理性能为目的单独或者复合添加硫、磷、铅、铋、铍、碲、钙及其它易切削元素，使切削性能得到提高的钢种。随着我国汽车工业的快速发展，汽车行业对易切削钢的需求正逐步增加。目前我国汽车用易切削钢的年需求量为10万吨左右（不包括拖拉机等农用机械用钢）。我国易切削钢在汽车整车的用量约占汽车总钢材用量的0.65%，而在国外这一比例大约是1.9%-2.1%。目前，易切削钢主要用于制造汽车的零部件，如曲轴、连杆、支杆转向条等行走部分的零部件、垫圈、凸缘、齿轮制动器、扭距扳手、轴、齿条、火花塞等。1 标准的沿革我国是1954年按苏联标准引进硫系列易切钢的，早期的YB191?75《易切削结构钢技术条件》只有Y12、Y20、Y30和Y40Mn四个硫系列易切钢的牌号。现行GB/8731-88《易切削结构钢技术条件》是在原75年标准的基础上参照苏联标准T0CT1414-75《具有较高和高切削加工性能的结构钢》，对原引用苏联牌号的Y12、Y20、Y30和Y40Mn的化学成分、力学性能与热处理制度等进行了调整，并增加了我国多年研制、生产与应用的比较成熟Pb?S系列易切钢（Y12Pb，Y15Pb）和Ca?S系列易切钢（Y45Ca）。该标准适用于热轧、冷轧与热处理状态下交货的圆、方、六角、丝与银亮易切钢。这次修订使我国的易切钢标准系列基本满足了生产与使用的要求，并基本与国际国外标准系列相当。近年来，为了节约能源和降低成本，非调质易切钢钢的使用量不断增加，同时，由于铅对人体有害毒，国内外环保标准与指令都对含铅易切钢的生产与使用提出限制，从而新环保易切钢系列与牌号不断得到开发与应用。为了适应这一需要与变化，我们将已将GB/T8731-88标准列为今年修订计划，现正准备标准的讨论稿，按计划明年完成审订工作。2 新修订标准应关注的问题在新标准修订中应关注国内外新开发的适应环保及替代进口的易切削钢系列：（1） 含锡易切削钢美国1999年发布了含锡易切削钢专利“Tin-bearing free-machining steel”，所限定的成分范围：C：0-0.25； Cu：0-0.5； Mn：0.01-2； S：0.02-0.8； Sn：0.04-0.08； P：0.01-0.15； Si：0-0.05。它们称之为可替代铅易切削钢的“绿色钢”，每年全世界市场份额占10亿美元。首钢已批量生产试制了含锡系列易切钢，并已申报了国家发明专利。首钢的锡含量与美国专利不同，锡为0.09～0.25％。较高的总体锡含量可保证在轧后冷速不够慢又无后继退火时晶界上有较高的锡浓度。首钢的含锡易切钢由于涉及到专利权的问题，纳入标准有待于商榷。（2） 高S 高P 易切削钢日本铅钢生产厂家新近开发出一种高S高P易切削钢，成份为0.06C-1.16Mn-0.08P-0.414S。经球化退火后已可替代美国含铅易切钢12L14。上钢五厂也已成功生产出1213钢（0.1P-0.3S），经球化退火后已可替代12L14。（3） 含Bi 易切削钢铋与铅的物理化学性能相近，故其作用同铅在钢中的作用近似。铋以细小微粒分布在钢中，或附着于硫化物周围，在一般结构钢中含量为0.04%-0.10%Bi。铋无毒，比重比铅小，故钢的金相组织中的宏观偏析明显减少，因此在开发无铅易切削钢时首先考虑到的是铋易切削钢。日本神户公司对以铋代铅的易切削钢进行了系统的研究，发现Bi的加入量不到Pb的加入量的一半，且Bi易切削钢在切削去除性及材料可锻性方面均优于铅易切钢。3 国外标准简介各主要工业发达国家通过80余年的努力，易切钢标准已经已自成体系。美国AISI标准中，易切钢有31个牌号，其中：低碳钢有18个牌号，不锈钢有19个牌号。日本JIS4804标准，易切结14个牌号（其中低碳钢有9个牌号），易切不锈钢9个牌号。前苏联，在T0CT1441-75标准中，易切钢由7个发展到20个牌号，除保留有6个硫系牌号外，增加硒系3个牌号，硫铅系11个牌号。目前世界各国都在不断努力开发适应环保要求的易切钢。GB/T18254 高碳铬轴承钢标准我国轴承钢中主要以高碳铬轴承钢为主，产量约占轴承钢总产量的90%，其余为渗碳轴承钢、高温轴承钢等。目前轴承钢的精炼比已经达到100%，连铸比平均47.56%，氧含量平均7.12-10.31ppm。改革开放以来，轴承钢的产量增长了7倍。高碳铬轴承钢：价格便宜、可切削性好，耐磨性和抗滚动接触疲劳性好，广泛应用于滚动轴承内、外圈及滚动体。代表牌号：GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn等。渗碳轴承钢：采用低碳合金钢渗碳工艺制造，用于要求高耐磨性、高滚动接触疲劳性能和高韧性的轴承。代表牌号：G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20CrNi4、G10CrNi3Mo、G20CrMnMo等。1 标准的沿革我国高碳铬轴承钢标准最早制定于1952年，编号为重10-52，1959年修订为YB9-59，1968年又修订为YB9-68，到1980年制订了YB(T)1-80推荐标准，该标准由于种种原因一直未正式实施，尔后在1984年由原冶金工业部和机械工业部签订了高碳铬轴承钢两部临时供货协议YJZ84。之后，供需双方长期使用的标准主要是YJZ84，部份执行YB9-68，直到2002年高碳铬轴承钢国家标准批准执行。2 标准主要内容说明GB/T18254-2002标准是以YJZ84为基础，非等效采用ASTM A295-94《高碳耐磨轴承钢》制定的。与原YJZ84主要技术变化如下。1） 钢的牌号设置⑴ 增设GCr4、GCr15SiMo、GCr18Mo三个新牌号。GCr4牌号─本牌号类似于前苏联的шx4和美国的SAE50100。其主要化学成份基本相同。GCr18Mo牌号─本牌号类似于德国的100CrMo7(材料号1.3537)，瑞典的SKF24。GCr15SiMo牌号─ GCr15SiMo材料是一个新开发的高淬透性轴承钢，与GCr15、GCr15SiMn相比，本材料含有0.30～0.40%钼和0.65～0.85%硅，是一种具有良好的淬透性、淬硬性及高的抗接触疲性能材料，是制造有效壁厚30～80mm的大型、特大形重载轴承的理想材料，可部份代替GCr15SiMn牌号。2） 化学成分（1） 关于氧含量的确定本标准规定了氧含量≤0.0015%，并规定钢液应经真空处理。由于氧含量是衡量轴承钢纯洁度高低的重要指标之一，也是多年来两部门在制定标准中争论的焦点，这一指标的确定具有突破性。(2） 非金属夹杂物钢中非金属夹杂物含量是衡量轴承钢纯洁度的一项重要指标，为保证轴承钢的质量，促进轴承钢质量的进一步提高，在标准中明确规定采用真空脱气处理的冶炼方法和在冶金产品国家标准中率先纳入氧含量考核指标的前提下，本标准在YJZ84的基础上，将B类粗系、C类和D类的细系和粗系非金属夹杂物加严了0.5～1.5级，使非金属夹杂物指标等同于ASTM A295-94要求。在标准制定过程中，有些用户代表提出在钢材上检验非金属夹杂物，鉴于目前尚无现行的国内外资料和图谱以及判定规则可借鉴，暂不纳入标准，可今后由供需双方进一步努力开拓此方面的研究工作。3 国内外标准对比分析1） 关于氧含量的规定世界各国的轴承钢标准中，SKF公司标准对氧含量有明确规定，88年版和95年版标准规定≤15ppm；美国ASTM A295-94标准附录中规定可按用户要求分析氧含量，并规定氧含量≤15ppm，其他国家虽在标准中未明确规定氧含量指标，但在实际生产和订货中，都有氧含量要求，甚至更严格，由此可见，氧含量对轴承钢质量的影响已越来越被人们所认识。早在YJZ84技术条件讨论中，就曾提出纳入氧含量指标(O≤20ppm)，但由于当时的冶金装备、技术、检验水平限制，未能解决，现经冶金企业多年来的努力，目前已有相当数量冶金企业通过工艺装备改造和技术进步，已具有控制氧含量的工艺水平，故本标准正式列入了氧含量技术指标，规定氧含量小于、等于15ppm，与国际先进水平标准相同，这是一个重大突破，对保证和提高轴承钢质量有着极其重要的意义。SKFD33在测定氧含量的试验方法标准中，明确规定试样可取自于钢坯或钢材，试样数量分别为2块和3块，每块试块至少测试2只试样，但其合格判定方法是采用平均值来判定的；ASTM A295-94规定，氧含量试样的取样位置和数量同非金属夹杂物，同时，氧含量的合格判定方法也按非金属夹杂物的三条判定原则进行。考虑到国外标准规定的氧量分析数量过多，工作量极大，不利于生产周转，故本标准规定氧含量只取1只，并按GB10561的测试方法检验，同时，参照国外标准不设氧含量的允许偏差。但考虑到钢中氧含量分布不均匀性，用一个氧含量的分析测定值来决定一炉钢合格与否不太科学合理，在标准中增加了“当氧含量超过规定时，可在钢材（坯）上任意取三个试样进行复验，其检验结果的平均值必须小于、等于15ppm，其中，至多有一个试样允许超过15ppm，但不得大于20ppm”的内容，以使标准规定更科学合理，同时基本与国际标准接轨。2） 关于钢中残余元素和有害元素的控制SKF D33、ASTM A295、我国标准对残余元素和有害元素的控制对比如表4所示：表4 残余元素和有害元素对比表从残余元素和有害元素对比表可见：⑴ 对Ni、Cu元素的规定基本相当；⑵ 对Mo元素的控制问题，由于YB(T)1-80和YJZ84当时是参照美国ASTM A295-76的规定，规定为残余Mo控制在0.08%以下，从对比表可见，现A295-94和SKFD33的标准均规定为≤0.10%，为了与国际标准接轨，故本标准将Mo含量改为≤0.10%。⑶ 瑞典SKF标准对轴承钢中的其他有害和残余元素作了明确的规定，瑞典SKF研究了Ti元素对轴承钢质量的影响，认为过高Ti含量对轴承钢的疲劳寿命造成危害，并将Ti的控制从81年版标准到88年版标准又进行了加严；美国A295-94也将Ti元素作为用户提出要求应作分析的规定；国内关于Ti对轴承钢质量的影响也已逐渐引起重视，各企业均在进行探索和试验，初步认为，如何减少铁合金及耐火材料带入的Ti元素(主要是极大部份高碳铬铁含Ti量达0.30-0.40%)和正确控制和避免冶炼过程中的增Ti和回Ti现象是降低钢中钛元素的关键，但目前还缺乏有效的措施，故暂不作为必保指标列入本标准中，但为了满足部份特殊需要，而将钛元素的控制作为双方协议项目列入。至于Sn、Pb、Sb、As、Ca元对钢性能的影响程度尚未有成熟资料，再加之这些元素尚缺乏快速分析手段和部份元素还无具体的分析方法标准，故与Al一起均作为协商条款。世界各国由于所采用的标准体系不一，故在标准中对非金属夹杂物的评级图谱、检验数量、判定方法均有不同的规定。前苏联的Гост801标准采用最高级别法外，其余均采用平均级别法，其中又以ASTME45的体系为主并普遍采用，DIN标准的评级图谱较详细和全面，但其评级方法过于复杂和繁琐，因此早在YB（T）1-80和YJZ84的制订中均参照了ASTM的标准体系，以使我国轴承钢标准能与世界各国接轨。本标准根据当时的实际生产情况，在标准中同时规定了必须采用真空脱气处理的冶炼工艺、纳入严格的氧含量考核指标，并规定在不同位置检验非金属夹杂物的三个条款，以有利于保证钢材的纯洁度。综上所述，本标准在YJZ84基础上，非等效采用ASTM A295，在标准中列入了氧含量小于、等于15ppm的考核指标，加严了非金属夹杂物合格级别（与ASTM A295-94等同），又纳入了三个新的高性能牌号，并增加了标准的贸易性特点，使标准水平有了很大的提高，与世界各主要工业国家的国家标准相比具有较高水平，达到国际先进水平。