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高铁轴承钢的技术质量特性识别及重点研制方向

摘要从相关标准规范、主要故障模式及在用轴承技术状态等多个维度对高铁轴箱轴承用钢的技术性能要求进行了梳理，进而对其核心技术质量特性进行了识别，即“强韧性、抗疲劳、耐磨性”，并对自主化研制高铁轴承钢的技术路线及改进方向给出了建议。在现阶段，集成渗碳钢与“真空脱气+电渣重熔”冶炼方法的优势，是最具合理性与可行性的解决方案。关键词滚动轴承；轴箱轴承；轴承钢；质量特性我国高速铁路运营里程规模自2010年后位居世界第一，高铁动车组已成为“中国制造”的一张“靓丽名片”。但高铁轴承迄今仍全部依赖国外品牌，因此开展自主化研发，实现国产化替代，对于保障铁路运输正常运行与国家经济安全具有十分重要的意义。轴箱轴承是列车走行部的核心零部件，归属于铁路A类重要零部件，纳入国家强制性产品认证目录和国铁集团铁路专用产品认证采信目录，直接关系到列车行驶安全与线路运行秩序。高铁轴箱轴承在铁路轴箱轴承中要求最为严格，其所用钢材（以下简称高铁轴承钢）与轴承的使用性能，特别是耐久性寿命及可靠性直接相关。对高铁轴承钢的技术质量特性进行认真分析、系统梳理与深度识别，才能做好顶层设计，明确研究方向和技术路径，进而取得满足高铁动车组运用与维护严苛要求的预期目标和成果。

1、对高铁轴承钢技术质量特性的分析梳理

对高铁轴承钢技术质量特性的分析梳理应该是多维度的，包括相关标准规范、主要故障模式和在用轴承技术状态等，这样才有可能得出比较全面系统准确的识别与认知。

1.1相关标准规范

1.1.1欧洲标准EN12080国际上公认的铁路轴箱轴承权威技术标准是欧洲标准EN12080：“Railwayapplications-Axleboxes-Rollingbearings”，最早发布于1998年3月，迄今为止又进行了2次修订。对1998，2007和2017版进行比较，尤其关注最新2017版所修订的内容，可以厘清轴箱轴承的基本技术要求以及技术进步脉络。1.1.1.1EN12080：1998标准［1］在EN12080：1998标准中有关轴箱轴承套圈与滚动体材料及热处理的内容摘要如下：（1）钢材等级选用钢材应符合ENISO683-17“Heat-treatedsteels，alloysteelsandfree-cuttingsteels-Part17：Ballandrollerbearingsteels”标准所规定的等级。对于特殊用途（高转速、高可靠性等）轴承，由特定成分、冶金质量和加工过程的钢材制造。（2）非金属夹杂物非金属夹杂物应符合ENISO683-17的规定，其可接收的限值见表1。对于具有特定成分、冶金质量和加工过程的钢材，非金属夹杂物应按要求制定规范文件。

表1非金属夹杂物Tab.1?Non-metallicinclusions

（3）机械特性除渗碳和贝氏体硬化处理外，内圈应进行扩张试验，以保证其在服役时不会因内径尺寸胀大（不小于内径尺寸的0.0015倍）而产生裂纹。（4）物理特性①套圈和滚动体缺陷套圈和滚动体内部及表面（尤其是工作表面）不应有任何影响其性能的缺陷，检测方法为附件中给出的3种方法（A方法：超声波探伤；B方法：磁粉探伤；C方法：涡流探伤）。缺陷检测等级分为：1级（最严要求），直径和深度的检测灵敏度均为0.5mm；2级，直径和深度的检测灵敏度均为1.0mm。此分级仅考虑套圈内部缺陷。套圈内部缺陷检测。采用超声波探伤对套圈内部缺陷进行100%检测。滚道表面或至滚道表面下4mm深度的截面内无大于相应标样所标定的缺陷；深度大于4mm的截面，允许有更大的缺陷，但不得大于所标定缺陷的2倍。套圈表面缺陷检测。采用磁粉探伤对套圈工作表面缺陷如磨削裂纹、热处理淬火裂纹、轧制或锻造结疤、刮伤等进行检测。滚动体工作表面缺陷检测。采用涡流探伤对滚动体工作表面缺陷如磨削裂纹、热处理淬火裂纹、线痕、划伤进行检测。涡流探伤的检测灵敏度：（0.05±0.01）mm（深度）、（3.0±0.1）mm（长度）及（0.05±0.01）mm（宽度）。磨削烧伤。在不同磨削工序中均不允许有磨削烧伤。②渗碳深度渗碳钢的渗碳层有效深度测量至550HV。③表面硬度套圈和滚动体表面硬度为57～66HRC。同一套轴承套圈之间的硬度差不大于4HRC，各滚动体之间的硬度差不大于4HRC。（5）检测方案对表观质量、表面缺陷、内部缺陷、内圈扩张能力进行100%检测，对渗碳层深度、硬度按批量大小进行抽样检测。1.1.1.2EN12080：2007标准［2］在EN12080：2007标准中有关轴箱轴承材料及热处理的修订内容摘要如下：1）对1级缺陷检测明确了适用对象——推荐用于运行速度200km/h及以上的列车。2）套圈表面缺陷