高碳鉻軸承鋼的質(zhì)量提高主要是降低鋼中的氧含量，減少非金屬夾雜物的含量，控制氧化物系夾雜物的大小和組成,提高鋼的純潔度，從而提高軸承的使用壽命和可靠性。

    在六、七十年代前，瑞典、德國、美國及前蘇聯(lián)的軸承生產(chǎn)水平及軸承鋼的冶金質(zhì)量代表著當(dāng)時的世界先進(jìn)水平。從八十年代以后，無論從軸承鋼的產(chǎn)量質(zhì)量，還是從技術(shù)水平以及鋼材在世界市場的占有量，日本都處于領(lǐng)先地位。日本的軸承鋼生產(chǎn)主要集中在大同、山陽、愛知、高周波四大突然書鋼廠，其次是住友金屬和神戶制鋼等公司。日本的軸承鋼冶煉技術(shù)在六十年代與我國不相上下，但從六十年代中期以來，其軸承鋼的生產(chǎn)技術(shù)在以下六個方面有了大的突破，一舉達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

    超高功率電弧爐的應(yīng)用提高了生產(chǎn)率，降低了電耗；爐外精練LF+RH聯(lián)合使用使軸承鋼的氧含量降低到3～10ppm；連續(xù)澆注（CC）技術(shù)使軸承鋼坯的氧含量得以很好地控制在3～8ppm范圍內(nèi)，減少了對滾動疲勞壽命影響很大的
B類和D類非金屬夾雜物的數(shù)量；偏心爐底出鋼（EBT）改善了軸承鋼中的非金屬夾雜物的形態(tài)，使B類
細(xì)系列D類粗系列的夾雜物得到明顯的改善；采用巨型鋼包（70～150T）、大型連鑄坯（370×470×2000mm）、大型鋼錠（70～10T，大頭為450×450mm），保證軸承鋼材中的碳化物不均勻性；實現(xiàn)了軸承鋼錠、鋼坯表面質(zhì)量在生產(chǎn)線上的檢查和清理，同時有嚴(yán)格的在線無損探傷裝置對軸承鋼材進(jìn)行表面及內(nèi)部缺陷的檢驗，充分保證軸承鋼材無裂紋出廠。

    日本軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)的提高過程簡單地歸納為以下幾個階段：
    1964年以前軸承鋼生產(chǎn)采用普通地30噸電弧爐冶煉，下鑄法鑄錠，氧含量為25～35ppm，疲勞壽命L10作為以下對比的基礎(chǔ)值（作為 1）。
    1964～1968年，生產(chǎn)采用30～60噸大功率電弧爐冶煉LF法真空脫氣精練，下鑄法鑄錠，氧含量為15～20ppm，疲勞壽命為4 L10，即提高4倍。

     1969～1974年，采用60噸大功率電弧爐冶煉，LF-RH法真空脫氣進(jìn)行精練，氧含量可以達(dá)到9 ～15ppm，L10提高
10倍。
    1975～1982年，采用UHD100噸大電弧爐進(jìn)行冶煉，LF-RH法真空脫氣進(jìn)行精練，氧含量可以達(dá)到5 ～10ppm，L10提高20倍。
    1983～1989年，采用Super-UHD100噸大電弧爐進(jìn)行冶煉，偏心爐底出鋼，LF-RH法真空脫氣進(jìn)行精練，大斷面連鑄鋼坯（或巨型鋼錠）生產(chǎn)工藝生產(chǎn)軸承鋼，氧含量可以達(dá)到3 ～8ppm，L10提高30倍。
    從以上的幾個階段可以看出，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在短短的25年中，軸承鋼的冶金質(zhì)量得到了很大的提高，使軸承鋼的疲勞壽命穩(wěn)定提高了30倍。
    日本NSK公司和鋼廠長期合作致力于改進(jìn)軸承鋼的質(zhì)量，開發(fā)了長壽命軸承鋼（Z 鋼）和超長壽命高可靠性軸承鋼（EP鋼）。長壽命軸承鋼Z鋼的主要元素（C、Si、Mn、Cr）與一般SUJ2鋼相同，但對P、Ni、Cu的規(guī)定比較嚴(yán)格，規(guī)定了硫含量應(yīng)小于0.008%，由于鈦和氧對滾動疲勞壽命有害，規(guī)定鈦含量應(yīng)小于0.004%，氧含量應(yīng)小于9ppm，軸承的疲勞壽命提高一倍。

表3 幾種鋼材的氧化物的圖象分析結(jié)果

表3 幾種鋼材的氧化物的圖象分析結(jié)果

    超長壽命高可靠性軸承鋼EP鋼中氧含量為5ppm左右，控制氧化物系夾雜物的大小、數(shù)量和分布，使大型夾雜物數(shù)量減少，最大夾雜物直徑大幅度變小見表3，從而提高軸承的使用壽命EP鋼的L10壽命是Z鋼的5倍以上，可靠性大大提高。

    各國均以相當(dāng)于GCr15的剛號作為軸承用鋼的基礎(chǔ)，通過調(diào)整部分合金元素的含量以增加或減小其淬透性。一方面向高淬透性方向發(fā)展以適應(yīng)大壁厚軸承零件的需要，其作法都是增加0.1～0.6%含Mo量，其含Cr量略有提高，也略有降低或不變的，從而發(fā)展出一系列淬透性高碳鉻軸承鋼：如瑞典的SKF24、SKF25、SKF26、SKF27：美國的52100.3和52100.4：德過的100CrMo7、100CrMo8；SUJ-4、SUJ-5；我國的GCr15SiMn、GCr18Mo、GCr15SiMo等，這些鋼不僅適用于馬氏體淬火，有的也適用于大壁厚軸承零件的貝氏體淬火。高碳鉻軸承鋼的另一發(fā)展是適當(dāng)降低鉻含量，減小淬透性，研制出被稱為限制淬透性軸承鋼GCr4，其淬透性介于GCr15和碳鋼之間，施以中頻感應(yīng)透熱，靠淬透性有限而整體淬火只表面硬化，既有滲碳鋼淬火的優(yōu)越性，又節(jié)約了合金滲碳鋼的鋼材成本和昂貴的滲碳熱處理成本。用這種鋼制造的鐵路軸承獲得了很好的性能和經(jīng)濟(jì)效益。

    以GCr15鋼為基礎(chǔ)，適當(dāng)調(diào)整合金成分以滿足不同特殊性能的高碳鉻軸承用鋼新鋼種：

    1）KUJ2KOYO公司在SUJ2的基礎(chǔ)上降低妨礙冷加工性能的C含量及鐵素體強(qiáng)化元素Si、Mn含量，調(diào)整了Cr、Mo含量以補(bǔ)償其淬透性、提高淬火后的韌性。該鋼的淬透性與SUJ2相當(dāng)，壽命、機(jī)械性能優(yōu)于SUJ2，突出優(yōu)點是具有優(yōu)越的冷加工性能，比SUJ2的變形阻力低15～20%,在軸承加工中可節(jié)約資源和能源;且可利用其冷加工性能提高軸承的使用性能。KOYO擬用KUJ2代替 SUJ2作為標(biāo)準(zhǔn)材料.

    2）高強(qiáng)度GT
    GT軸承鋼是在SUJ2的基礎(chǔ)上添加適量的Si和Ni,提高基體的強(qiáng)度和韌性,同時提高抗回火穩(wěn)定性.GT鋼的旋轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度分別比SUJ2提高20%、30%，相當(dāng)于60HRC的回火溫度提高50℃。滾子試驗的L10為SUJ2 的20倍，6206軸承潔凈潤滑的L10比SUJ2軸承提高了約6倍，在污染油中的L10壽命大約是SUJ2軸承的2倍，采用特殊熱處理（SH處理）后，壽命大約是SUJ2軸承的6倍。推薦GT鋼用于重載、潤滑條件下使用的軸承及小型輕量化條件下使用的軸承。


    3）NSJ2
    NSJ2是 NSK在SUJ2鋼的基礎(chǔ)上開發(fā)的新鋼種。其技術(shù)思路是認(rèn)為在潤滑劑受污染的情況下，軸承的疲勞萌生于外來磨屑引起的軸承滾道擦傷或壓痕處，增加殘余奧氏體含量可提高起源于表面疲勞的軸承壽命，通過調(diào)整鋼的合金成分，提高淬回火后的殘余奧氏體含量并將其保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。該鋼的化學(xué)成分為：C0.8～0.85%，Cr0.9～1.1%，Mn0.6～0.8%，Si0.5%。NSJ2在清潔潤滑條件下的疲勞壽命與SUJ2相當(dāng)，在污染潤滑條件下的壽命、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于SUJ2，抗磨損及抗咬合性與SUJ2相近。

    4）準(zhǔn)高溫軸承鋼（中溫軸承鋼）
    GCr15鋼在超過150℃的情況下，滾動疲勞壽命會急劇下降。研究認(rèn)為，在高溫及接觸應(yīng)力作用下，次表層形成硬度低的鐵素體白色區(qū)，該區(qū)內(nèi)球狀碳化物消失并在臨近區(qū)域析出針狀碳化物，白亮區(qū)稱為后來的疲勞源。通過在GCr15鋼的基礎(chǔ)上加入Cr、Mo、Si等阻止碳擴(kuò)散的元素以阻止白亮區(qū)的形成來提高高溫性能。

KOYO公司開發(fā)準(zhǔn)高溫KUJ7，其成分為C1.00%，Cr2.00%，Si0.80%，Mn0.05%，Mo0.50%。該鋼在180℃、5230Mpa的條件下L10比SUJ2提高約20倍，特別適合于制造汽車發(fā)動機(jī)及輔機(jī)用軸承和鋼鐵等熱加工設(shè)備用軸承。
    NTN也在SUJ2的基礎(chǔ)上通過調(diào)整化學(xué)成分開發(fā)了類似的鋼種NTJ2。在150℃工作溫度下，該鋼制軸承的壽命為
TS2處理（200℃高溫回火）的SUJ2的3倍多，尺寸穩(wěn)定性、抗剝落性優(yōu)于后者。NTN主要把該鋼用于車輛用牽引電機(jī)、汽車電器、復(fù)印機(jī)、薄膜延伸機(jī)、燃汽輪機(jī)、造紙機(jī)等機(jī)械中使用的軸承。