特殊钢质量提升及稳定化管控
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伍尔特(WURTH)，EJOT，卡迈 锡(KAMAX),ITW(艾达) ,安国特 Mubea,Thyssen Krupp Spring, Sogefi Allevard,日本/中央发条株 式会社，大圆钢业
上汽、青山、精锻、奇瑞、 北汽、宝骏
南高齿、华锐重工、重齿
耐丝、常州凡登、兴达国 际、恒星科技
东徽，春雨、恒耀、晋亿 金鼎、时代
3、但零部件总体质量水平和品牌处于中低档，出口是以低价取胜， 国内高端零部件的主要还是依靠进口。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
零部件 轴承
重型变速箱 轿车变速箱
风电齿轮 切割钢丝
8.0
8.0
7.5
8.0
A晶粒度 980℃ —3 7.5 7.5 7.5
7.5
A晶粒度 1000℃
—4 8.0 8.0 8.0
8.0
A晶粒度 1000℃
—5 8.0 8.0 8.0
8.0
A晶粒度 1000℃
—6
8.0
8.0
8.0 不能明显 显示晶界
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
基础件用特殊钢质量提升 的技术和管理问题探讨
王忠英
钢铁研究总院华东分院 芜湖新兴铸管股份有限公司
2016年09月22日 整合资源实现共赢 协同创新引领发展
钢铁研究总院华东分院
一、基础件用特殊钢的现状
——弹簧钢的发展趋势
级别 卷簧方式 交货状态
抗拉强度
断面收缩率 硬度
表面硬度（表面 0.1~0.4mm） 脱碳 表面粗糙度 夹杂物（德国
DIN50602标准） 晶粒度
2000MPa（国产原材料代替新日铁）
冷卷
热卷
油淬火回火态 热轧态（磨削/剥皮）
1950~2050MPa
热处理后达到 1950~2050MPa
紧固件
汽车悬架弹 簧
——国内外主要基础件制造企业
国外著名企业
国内企业
SKF,NSK,FAG,TIMKEN，NTN， 人本，瓦轴、洛轴，上海
Koyo，ROLLAX
集优，哈轴，天马
美国伊顿，德国采埃孚
法士特，綦江齿轮
采埃孚、爱信、JATCO、DSI、 哥特拉克
Winergy,Hansen Transmissions 贝卡尔特、东京制钢、韩国高丽
一、基础件用特殊钢的现状
——非调质钢质量对比
日本新日铁NQF系列、三菱制钢VMC系列、大同制铁UDK系列和神户制 钢KNF系列等非调质强度级别高于900MPa以上，目前日本55%的轴类零件 、75%的锻造构件均已采用非调质钢制造。此外，德国C70S6BY、英国工 程用钢和瑞典实验室联合开发Vanard系列（700～1000MPa）、法国SAFE 公司开发的METASAFE系列（800 ～1000MPa）等高强韧性非调质也已经完 全用于制作连杆、曲轴、轮轴、转向节等。目前，日本、欧美等国家仍 垄断着高端装备制造用高品质非调质钢的冶金与加工制备关键技术。
一、基础件用特殊钢的现状
——弹簧钢质量对比
日本神户制钢是弹簧钢技术的世界领先者，尤其是在汽车悬 架弹簧领域，如其开发的新型弹簧钢SRS60钢性能完全超越了SiCr、Si-Cr-Mo、Si-Cr-V系钢;日本大同特殊钢的饭久保知等人也 开发了高强度的汽车悬挂弹簧钢ND250S(RK360(0.4%C-2.5%Si0.8%Mn-2%Ni-0.85%Cr -0.4%Mo-0.2%V))。美国经常使用的弹 簧钢是 9260、9254、6150、5160，尤以 5160（H）和 9260 应 用最广，多年来 5160 是美国螺旋悬挂弹簧钢的主要钢种。目前 9259 弹簧钢是北美的主要悬挂弹簧钢，由于 9254 钢比 9259 钢 的含硅量高，可提供更好的抗弹减性。9254 钢在北美和日本的用 量都在逐步增加。
瑞典IQ级轴承钢
氧含量4-6ppm，钛含量8-12ppm，最大 夹杂物DS≤15um，且具有各向同性
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——切割钢丝及盘条质量对比
Bekaert是全球钢丝拉拔产品及应用的领先者，在先进金 属变形及镀膜方面具有核心技术，市场占有率达50%左右，其 次是日本东京制钢、韩国高丽等。目前Bekaert公司有关于钢 丝拉拔技术专利超过500项，并有19项特定的切割钢丝专利， 从原料检测、热处理工艺、拉拔工艺及工装改进都形成了专利 壁垒，处于垄断地位。国内切割钢丝生产厂已愈30余家，产能 超过40万吨，但均无核心技术。
国内也在弹簧钢品种和质量方面也开展了大量工作，但在汽车 悬挂弹簧钢仍以国外钢种为主。在产品质量方面的主要问题仍是 洁净度和表面质量，高端产品仍用日本神户和新日铁的弹簧钢。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
国内非调质钢研发及应用过程中遇到的主要问题有： ①强度有余而韧性不足。国内非调质钢高强度与高韧性不相匹配，成 分波动范围较大，性能不稳定。 ②标准体系不完善。目前执行的GB/T15712-2008标准涵盖钢种数量 较少，且其抗拉强度均低于900MPa。 ③定制非调质钢结构件性能需求不明确。 ④硫化物形态、尺寸控制技术及标准缺乏。
一、基础件用特殊钢的现状
——轴承钢质量对比
日本轴承钢企业主要从降低氧含 量入手，通过氧含量极低化来达到 减少夹杂物含量和降低夹杂物尺寸 的目的；OVAKO公司侧重从轴承寿命 提升出发进行系统控制。
国内轴承钢在高端产品和质量稳 定性上与国外还有差距。主要表现 在稳定性较差，全氧含量波动大，D 类夹杂物和TiN夹杂物尺寸偏大、且 不均匀，碳化物颗粒尺寸和分布不 均匀，有时还出现异样组织。
屈服,MPa ≥700
抗拉,MPa 950-1100
延伸,% ≥10
面缩,% ≥20
4、曲轴用钢：38MnVSN、C38N2，其中C38N2为代表，性能指标为：
屈服,MPa ≥450
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——非调质钢的强度与韧性关系
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
DIN50602 K法
K4(O)
K4(S)
0
0
0
——
0.025
——
K3(O)0.038
——
编号
1 2 3 4
试样号
J-SAE4320 J-TL4227-40mm J-TL4227-41mm
J-TL4521
规格
40 40 41 30
A晶粒度 930℃
—1
A晶粒度 950℃
—2
8.0
7.5
不能明显显示晶界
一、基础件用特殊钢的现状
——基础零部件行业的现状
1、机械基础件(主要指：轴承、齿轮、弹簧、紧固件等)是装备制 造业不可或缺的重要组成部分，是实现我国装备制造业由大到强转变 的关键。
2、我国机械基础零部件制造业已经形成门类较齐全、规模较大、 具有一定竞争力的产业体系。国内市场占有率70%左右，重大装备配套 水平显著提高，已成为机电产品出口大户，紧固件产量居世界第一位 ，液压元件、齿轮市场销售额居世界第二位，轴承和模具销售额居世 界第三位。
一、基础件用特殊钢的现状
——齿轮钢质量对比
钢种
O
N
SAE4320
14
68
TL4227
5
116
TL4227
6
85
TL4521
10
101
钢种
SAE4320 TL4227 TL4227 TL4521
ASTM E45 A法
A0.5；D0.5 A2.5；D0.5 A2.5；B1.0e；D0.5 A3.5；B0.5e；D0.5
一、基础件用特殊钢的现状
——齿轮钢质量对比
齿轮材料按应用分为车辆齿轮钢和工业齿轮钢两大类，前者约占 80%。随着合资汽车厂进入，我国的汽车齿轮钢品种除传统的CrMnTi系 列外，也包括Cr系、CrMo系、NiCrMo系、CrMn和CrMo 系等。目前我国 先进企业在化学成分、淬透性带、纯净度等与国外基本接近，但在硫 化物和成分偏析控制方面还差距较大。目前高强度和小尺寸是汽车齿 轮的一个重要发展方向。目前日本研发新型齿轮钢的重点是降低易形 成晶界氧化物的硅含量，用钼和钒来补偿硬度损失和细化晶粒。
≤50μm，不允许有全脱碳 Rmax≤30μm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K2＜15
10级
腐蚀疲劳：腐蚀盐溶液（GB/T10125中性氯化钠50±5g/L水溶液）, 每25分钟雾 状喷淋5分钟；弹簧经100,000次腐蚀疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE） ≥90%， 常规疲劳：弹簧经250,000次疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）≥90 %
从盘条原料而言，国外高端切割丝主要依赖日本神户、新 日铁、德国萨斯特等优质盘条，通过对化学成分、纯净度和显 微组织的控制，为切割钢丝提供稳定原料来源。国内青钢、武 钢、沙钢是钢帘线的主要生产商，但在质量上与国外产品还有 较大差距。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——不同级别非调质钢的要求
一、钢材指标：
1、开发强度≥600Mpa、800Mpa、1000Mpa三个系列强度的非调钢品种。 2、高强韧非调质钢硫化物长径比≤8、等效直径≤5µm。 3、连杆用钢：C70S6BY、36MnVS4/46MnVS4，其中46MnVS4为代表，性能指 标为：
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——国外几种高强度弹簧钢
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
40% 575~620HV30
≤630HV0.5
≤50μm，不允许有全脱碳 Rmax≤33μm
K2＜15
K3=0
9级
6级
2100Mpa（开发新一代原材料）
冷卷
热卷
油淬火回火态 热轧态（磨削/剥皮）
2050~2200MPa
热处理后达到 2050~2200MPa
35% 615~655HV30
≤655HV0.5
神户，大同，新日铁 新日铁、三菱制钢、大同制铁、 英国工程用钢、法国SAFE公司 神户制钢、新日铁、JFE公司 大同知多厂、新日铁、德国蒂森
国内企业 宝特、兴澄 青钢、武钢、宝钢、 沙钢 宝钢、南钢 宝钢、西宁特钢
邢钢、宝钢 兴澄、莱特
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
国外风电机组齿轮箱的外齿轮用钢有17CrNiMo6（18CrNiMo7-6） 、15CrNi6、20CrNi2MoA和17Cr2Ni2MoA等，内齿轮（齿圈）用钢为 42CrMoA、34Cr2Ni2MoA 等。质量差别主要在于原材料纯净度的控制和 淬透性带宽的控制。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
提纲
一、基础件用特殊钢的现状 二、质量改进思路及关键技术措施 三、稳定化生产的质量管控体系
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
中国弹簧、中瑞
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
零部件 轴承钢 切割钢丝
弹簧钢 非调质钢
冷镦钢 齿轮钢
——国内外主要基础件用特殊钢企业
国外著名企业 OVAKO，山阳，神户，TIMKEN 日本神户、新日铁、德国萨斯特
上汽、青山、精锻、奇瑞、 北汽、宝骏
南高齿、华锐重工、重齿
耐丝、常州凡登、兴达国 际、恒星科技
东徽，春雨、恒耀、晋亿 金鼎、时代
3、但零部件总体质量水平和品牌处于中低档，出口是以低价取胜， 国内高端零部件的主要还是依靠进口。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
零部件 轴承
重型变速箱 轿车变速箱
风电齿轮 切割钢丝
8.0
8.0
7.5
8.0
A晶粒度 980℃ —3 7.5 7.5 7.5
7.5
A晶粒度 1000℃
—4 8.0 8.0 8.0
8.0
A晶粒度 1000℃
—5 8.0 8.0 8.0
8.0
A晶粒度 1000℃
—6
8.0
8.0
8.0 不能明显 显示晶界
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East China Branch of Iron and Steel Research Institute
基础件用特殊钢质量提升 的技术和管理问题探讨
王忠英
钢铁研究总院华东分院 芜湖新兴铸管股份有限公司
2016年09月22日 整合资源实现共赢 协同创新引领发展
钢铁研究总院华东分院
一、基础件用特殊钢的现状
——弹簧钢的发展趋势
级别 卷簧方式 交货状态
抗拉强度
断面收缩率 硬度
表面硬度（表面 0.1~0.4mm） 脱碳 表面粗糙度 夹杂物（德国
DIN50602标准） 晶粒度
2000MPa（国产原材料代替新日铁）
冷卷
热卷
油淬火回火态 热轧态（磨削/剥皮）
1950~2050MPa
热处理后达到 1950~2050MPa
紧固件
汽车悬架弹 簧
——国内外主要基础件制造企业
国外著名企业
国内企业
SKF,NSK,FAG,TIMKEN，NTN， 人本，瓦轴、洛轴，上海
Koyo，ROLLAX
集优，哈轴，天马
美国伊顿，德国采埃孚
法士特，綦江齿轮
采埃孚、爱信、JATCO、DSI、 哥特拉克
Winergy,Hansen Transmissions 贝卡尔特、东京制钢、韩国高丽
一、基础件用特殊钢的现状
——非调质钢质量对比
日本新日铁NQF系列、三菱制钢VMC系列、大同制铁UDK系列和神户制 钢KNF系列等非调质强度级别高于900MPa以上，目前日本55%的轴类零件 、75%的锻造构件均已采用非调质钢制造。此外，德国C70S6BY、英国工 程用钢和瑞典实验室联合开发Vanard系列（700～1000MPa）、法国SAFE 公司开发的METASAFE系列（800 ～1000MPa）等高强韧性非调质也已经完 全用于制作连杆、曲轴、轮轴、转向节等。目前，日本、欧美等国家仍 垄断着高端装备制造用高品质非调质钢的冶金与加工制备关键技术。
一、基础件用特殊钢的现状
——弹簧钢质量对比
日本神户制钢是弹簧钢技术的世界领先者，尤其是在汽车悬 架弹簧领域，如其开发的新型弹簧钢SRS60钢性能完全超越了SiCr、Si-Cr-Mo、Si-Cr-V系钢;日本大同特殊钢的饭久保知等人也 开发了高强度的汽车悬挂弹簧钢ND250S(RK360(0.4%C-2.5%Si0.8%Mn-2%Ni-0.85%Cr -0.4%Mo-0.2%V))。美国经常使用的弹 簧钢是 9260、9254、6150、5160，尤以 5160（H）和 9260 应 用最广，多年来 5160 是美国螺旋悬挂弹簧钢的主要钢种。目前 9259 弹簧钢是北美的主要悬挂弹簧钢，由于 9254 钢比 9259 钢 的含硅量高，可提供更好的抗弹减性。9254 钢在北美和日本的用 量都在逐步增加。
瑞典IQ级轴承钢
氧含量4-6ppm，钛含量8-12ppm，最大 夹杂物DS≤15um，且具有各向同性
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——切割钢丝及盘条质量对比
Bekaert是全球钢丝拉拔产品及应用的领先者，在先进金 属变形及镀膜方面具有核心技术，市场占有率达50%左右，其 次是日本东京制钢、韩国高丽等。目前Bekaert公司有关于钢 丝拉拔技术专利超过500项，并有19项特定的切割钢丝专利， 从原料检测、热处理工艺、拉拔工艺及工装改进都形成了专利 壁垒，处于垄断地位。国内切割钢丝生产厂已愈30余家，产能 超过40万吨，但均无核心技术。
国内也在弹簧钢品种和质量方面也开展了大量工作，但在汽车 悬挂弹簧钢仍以国外钢种为主。在产品质量方面的主要问题仍是 洁净度和表面质量，高端产品仍用日本神户和新日铁的弹簧钢。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
国内非调质钢研发及应用过程中遇到的主要问题有： ①强度有余而韧性不足。国内非调质钢高强度与高韧性不相匹配，成 分波动范围较大，性能不稳定。 ②标准体系不完善。目前执行的GB/T15712-2008标准涵盖钢种数量 较少，且其抗拉强度均低于900MPa。 ③定制非调质钢结构件性能需求不明确。 ④硫化物形态、尺寸控制技术及标准缺乏。
一、基础件用特殊钢的现状
——轴承钢质量对比
日本轴承钢企业主要从降低氧含 量入手，通过氧含量极低化来达到 减少夹杂物含量和降低夹杂物尺寸 的目的；OVAKO公司侧重从轴承寿命 提升出发进行系统控制。
国内轴承钢在高端产品和质量稳 定性上与国外还有差距。主要表现 在稳定性较差，全氧含量波动大，D 类夹杂物和TiN夹杂物尺寸偏大、且 不均匀，碳化物颗粒尺寸和分布不 均匀，有时还出现异样组织。
屈服,MPa ≥700
抗拉,MPa 950-1100
延伸,% ≥10
面缩,% ≥20
4、曲轴用钢：38MnVSN、C38N2，其中C38N2为代表，性能指标为：
屈服,MPa ≥450
钢铁研究总院华东分院
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一、基础件用特殊钢的现状
——非调质钢的强度与韧性关系
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
DIN50602 K法
K4(O)
K4(S)
0
0
0
——
0.025
——
K3(O)0.038
——
编号
1 2 3 4
试样号
J-SAE4320 J-TL4227-40mm J-TL4227-41mm
J-TL4521
规格
40 40 41 30
A晶粒度 930℃
—1
A晶粒度 950℃
—2
8.0
7.5
不能明显显示晶界
一、基础件用特殊钢的现状
——基础零部件行业的现状
1、机械基础件(主要指：轴承、齿轮、弹簧、紧固件等)是装备制 造业不可或缺的重要组成部分，是实现我国装备制造业由大到强转变 的关键。
2、我国机械基础零部件制造业已经形成门类较齐全、规模较大、 具有一定竞争力的产业体系。国内市场占有率70%左右，重大装备配套 水平显著提高，已成为机电产品出口大户，紧固件产量居世界第一位 ，液压元件、齿轮市场销售额居世界第二位，轴承和模具销售额居世 界第三位。
一、基础件用特殊钢的现状
——齿轮钢质量对比
钢种
O
N
SAE4320
14
68
TL4227
5
116
TL4227
6
85
TL4521
10
101
钢种
SAE4320 TL4227 TL4227 TL4521
ASTM E45 A法
A0.5；D0.5 A2.5；D0.5 A2.5；B1.0e；D0.5 A3.5；B0.5e；D0.5
一、基础件用特殊钢的现状
——齿轮钢质量对比
齿轮材料按应用分为车辆齿轮钢和工业齿轮钢两大类，前者约占 80%。随着合资汽车厂进入，我国的汽车齿轮钢品种除传统的CrMnTi系 列外，也包括Cr系、CrMo系、NiCrMo系、CrMn和CrMo 系等。目前我国 先进企业在化学成分、淬透性带、纯净度等与国外基本接近，但在硫 化物和成分偏析控制方面还差距较大。目前高强度和小尺寸是汽车齿 轮的一个重要发展方向。目前日本研发新型齿轮钢的重点是降低易形 成晶界氧化物的硅含量，用钼和钒来补偿硬度损失和细化晶粒。
≤50μm，不允许有全脱碳 Rmax≤30μm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K2＜15
10级
腐蚀疲劳：腐蚀盐溶液（GB/T10125中性氯化钠50±5g/L水溶液）, 每25分钟雾 状喷淋5分钟；弹簧经100,000次腐蚀疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE） ≥90%， 常规疲劳：弹簧经250,000次疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）≥90 %
从盘条原料而言，国外高端切割丝主要依赖日本神户、新 日铁、德国萨斯特等优质盘条，通过对化学成分、纯净度和显 微组织的控制，为切割钢丝提供稳定原料来源。国内青钢、武 钢、沙钢是钢帘线的主要生产商，但在质量上与国外产品还有 较大差距。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——不同级别非调质钢的要求
一、钢材指标：
1、开发强度≥600Mpa、800Mpa、1000Mpa三个系列强度的非调钢品种。 2、高强韧非调质钢硫化物长径比≤8、等效直径≤5µm。 3、连杆用钢：C70S6BY、36MnVS4/46MnVS4，其中46MnVS4为代表，性能指 标为：
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
一、基础件用特殊钢的现状
——国外几种高强度弹簧钢
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
40% 575~620HV30
≤630HV0.5
≤50μm，不允许有全脱碳 Rmax≤33μm
K2＜15
K3=0
9级
6级
2100Mpa（开发新一代原材料）
冷卷
热卷
油淬火回火态 热轧态（磨削/剥皮）
2050~2200MPa
热处理后达到 2050~2200MPa
35% 615~655HV30
≤655HV0.5
神户，大同，新日铁 新日铁、三菱制钢、大同制铁、 英国工程用钢、法国SAFE公司 神户制钢、新日铁、JFE公司 大同知多厂、新日铁、德国蒂森
国内企业 宝特、兴澄 青钢、武钢、宝钢、 沙钢 宝钢、南钢 宝钢、西宁特钢
邢钢、宝钢 兴澄、莱特
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
国外风电机组齿轮箱的外齿轮用钢有17CrNiMo6（18CrNiMo7-6） 、15CrNi6、20CrNi2MoA和17Cr2Ni2MoA等，内齿轮（齿圈）用钢为 42CrMoA、34Cr2Ni2MoA 等。质量差别主要在于原材料纯净度的控制和 淬透性带宽的控制。
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
提纲
一、基础件用特殊钢的现状 二、质量改进思路及关键技术措施 三、稳定化生产的质量管控体系
钢铁研究总院华东分院
East China Branch of Iron and Steel Research Institute
中国弹簧、中瑞
钢铁研究总院华东分院
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一、基础件用特殊钢的现状
零部件 轴承钢 切割钢丝
弹簧钢 非调质钢
冷镦钢 齿轮钢
——国内外主要基础件用特殊钢企业
国外著名企业 OVAKO，山阳，神户，TIMKEN 日本神户、新日铁、德国萨斯特