YBT 6360-2025 盾構機主軸承用軸承鋼標準立項發展報告

盾構機主軸承用軸承鋼標準立項發展報告StandardizationDevelopmentReport:BearingSteelforMainBearingsofTunnelBoringMachines摘要關鍵詞：盾構機；主軸承；軸承鋼；行業標準；冶金質量；國產化1引言隨著我國城市化進程持續加速，地下空間開發規模不斷擴大，地鐵、鐵路、公路、水利及綜合管廊等隧道工程對盾構機的需求保持高位增長。盾構機是集機械、電氣、液壓、控制等技術于一體的復雜裝備系統，而主軸承作為盾構機刀盤驅動系統的核心部件，承載著整機巨大的推力和扭矩，工作環境惡劣，檢修更換極為困難，其可靠性與壽命直接決定了盾構工程的進度與安全。長期以來，盾構機主軸承用高等級軸承鋼主要依賴進口，材料體系的標準化工作相對滯后，制約了國產盾構主軸承的自主化進程。在此背景下，制定適應我國資源稟賦和制造水平的盾構機主軸承用軸承鋼專項標準，成為行業發展的迫切需求。YB/T6360-2025《盾構機主軸承用軸承鋼》行業標準的發布，標志著我國在主軸承關鍵基礎材料標準化方面邁出了重要一步。2標準立項背景與必要性2.1產業發展與戰略需求近年來，我國盾構機制造能力快速提升，國產盾構機已占據國內市場的絕對主導份額，并批量出口至“一帶一路”沿線國家。根據中國工程機械工業協會掘進機械分會統計數據，2024年我國盾構機年產量已超過700臺，累計出廠臺數突破5,000臺，中國已成為全球最大的盾構機生產國和應用市場。然而，作為盾構機最核心的關鍵零部件之一，主軸承長期被德國、瑞典、日本等少數國外企業壟斷。主軸承國產化率不足已成為制約盾構裝備全鏈條自主可控的突出短板。高端軸承鋼對于盾構主軸承的服役性能具有決定性影響。盾構機主軸承承受著數萬千牛級的推力載荷和數千千牛米的傾覆力矩，同時伴隨強烈沖擊振動、泥水磨粒侵入等極端工況，其用鋼要求在潔凈度、均勻性、淬透性、抗疲勞性能等方面顯著嚴于普通軸承鋼。建立專用標準，對于全面規范原材料生產、支撐軸承自主研制、保障工程質量具有重要戰略意義。2.2現行標準體系的不足我國軸承鋼標準體系以GB/T18254《高碳鉻軸承鋼》為核心，輔以GB/T3203《滲碳軸承鋼》、GB/T28417《碳素軸承鋼》等通用標準，涵蓋了GCr15、GCr15SiMn、G20CrNi2MoA等主要鋼種。然而，盾構機主軸承因其超大尺寸（外徑常達2～6米）、極端承載和長壽命要求，對材料的抗疲勞性能、宏觀均勻性和大型截面淬透性提出了遠超通用標準限定的技術要求。同時，盾構主軸承常采用滲碳鋼或特殊淬透性設計的改進型高碳鉻軸承鋼，而現有通用標準未針對該類應用場景設置專項技術指標和檢驗規則。此外，盾構主軸承的原材料采購長期執行企業協議或參照國外標準（如ASTMA295、DIN17230、JISG4805等），不同供應商的技術要求千差萬別，質量一致性難以保障，給軸承設計選材、加工制造和質量驗收帶來諸多困擾。行業急需一部能充分反映盾構主軸承工況特點、統一各方技術要求的專用軸承鋼標準。2.3標準立項的意義YB/T6360-2025的制定與實施具有多重意義：一是填補了我國盾構機主軸承用軸承鋼專用標準的空白，為材料生產、采購與驗收提供了規范依據；二是通過明確技術指標和檢驗規則，引導軸承鋼生產企業提升冶金質量，推動高端軸承鋼供給能力升級；三是為主軸承設計制造單位提供選材依據，有利于提升國產主軸承的質量一致性和服役可靠性，支撐國家重大裝備自主可控戰略。3標準編制原則與過程3.1編制原則本標準的編制遵循以下基本原則：一是立足國情，結合我國軸承鋼生產企業的工藝裝備水平和盾構主軸承制造的實際需求，確保技術指標科學合理、經濟可行；二是對標國際，充分參考ISO683-17、ASTMA295、DIN17230等國際先進標準的技術要求，提升標準的國際化水平；三是突出專用性，強化對盾構機主軸承特殊工況的針對性，合理提高相關指標要求并增加專用檢驗項目；四是堅持協調一致，與GB/T18254等基礎標準保持體系銜接，避免重復與沖突。3.2編制過程本標準由工業和信息化部提出并歸口，由全國鋼標準化技術委員會（SAC/TC183）組織起草。編制組由鋼鐵研究總院有限公司、大冶特殊鋼有限公司、興澄特鋼、洛陽LYC軸承有限公司、中鐵工程裝備集團有限公司等單位的專家組成，涵蓋了冶金、軸承制造和盾構裝備等全產業鏈優勢力量。編制過程歷經草案研討、實驗室驗證、征求意見、專家審查等階段，期間多次召開專題研討會，對鋼種設計、指標限值、試驗方法等關鍵內容進行了充分論證，并對代表性企業產品開展了驗證試驗。4標準主要技術內容4.1范圍與分類本標準規定了盾構機主軸承用軸承鋼的分類與代號、訂貨內容、尺寸外形及允許偏差、技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝標志及質量證明書等要求。標準適用于盾構機主軸承套圈和滾動體用熱軋或鍛制圓鋼、盤條及無縫鋼管等鋼材的制造與驗收。標準根據主軸承的工況特點和加工工藝，將盾構機主軸承用軸承鋼分為高碳鉻軸承鋼和滲碳軸承鋼兩大類。高碳鉻軸承鋼以GCr15、GCr15SiMn為基礎改進型，適用于整體淬硬工藝的主軸承套圈和滾動體；滲碳軸承鋼以G20Cr2Ni4A、G20CrNi2MoA等為基礎，適用于大截面、重載沖擊工況下需要表面硬化而心部保持高韌性的主軸承套圈。每類鋼根據冶金質量等級進一步分為優質鋼、高級優質鋼和特級優質鋼三個級別，以對應主軸承不同部位和不同可靠度要求。4.2關鍵技術要求化學成分設計。標準對各鋼號的化學成分范圍進行了嚴格規定，并對磷、硫、氧、鈦、鈣等有害元素和殘余元素提出了比通用軸承鋼標準更為嚴格的限值要求。規定w(P)≤0.015%、w(S)≤0.010%（高級優質鋼要求w(P)≤0.012%、w(S)≤0.008%），w(Ti)≤0.0030%，w(Ca)≤0.0010%。成品鋼材的氧含量按不同質量等級分別要求w(O)≤8×10??或w(O)≤6×10??，以確保軸承鋼達到高純凈度水平。宏觀冶金質量。標準針對盾構機主軸承用大型鋼材的特點，對中心疏松、一般疏松、錠型偏析等低倍組織缺陷提出了嚴格要求，規定合格級別分別不超過1.0級（或按更嚴格級別雙方協商）。塔形發紋檢驗按GB/T15711執行，要求發紋總長度不超過規定限值，以控制鋼材內部宏觀缺陷。顯微組織與碳化物均勻性。標準規定退火鋼材的顯微組織應為均勻細粒狀珠光體組織，碳化物網狀級別按GB/T18254評級圖評定，要求不大于2.0級；帶狀碳化物級別要求不大于2.0級。對大型盾構機主軸承用鋼材，碳化物液析級別要求不大于1.0級。這些要求旨在保證材料具有良好的切削加工性能和最終熱處理后的接觸疲勞抗力。非金屬夾雜物。標準采用GB/T10561中方法A（最惡劣視場法）對非金屬夾雜物進行評定，對A類（硫化物）、B類（氧化鋁類）、C類（硅酸鹽類）、D類（球狀氧化物類）和DS類夾雜物分別規定了嚴格的合格級別限值，并要求按不同質量等級執行相應更為嚴格的指標。以特級優質鋼為例，要求A類細系≤1.5級、粗系≤0.5級，B類、C類、D類細系≤1.0級、粗系≤0.5級。超聲檢測。盾構機主軸承用大型軸承鋼必須經過超聲波探傷檢驗，標準規定采用GB/T4162標準，按A級或更嚴格級別進行超聲波檢測，驗收級別由供需雙方參照主軸承設計等級協商確定，以保證鋼材內部不存在危害性冶金缺陷。淬透性與端淬試驗。為保證大型主軸承套圈在熱處理后獲得均勻的硬化層分布，標準對滲碳軸承鋼規定了端淬試驗要求，明確指定測試位置距端部距離的硬度范圍，并規定同批鋼材端淬硬度的分散度要求。對高碳鉻軸承鋼則通過淬回火硬度試驗和顯微組織檢驗間接評價其淬透性能。4.3試驗方法與檢驗規則標準規定每批鋼材的檢驗項目包括化學成分、氧含量、低倍組織、顯微組織、碳化物不均勻性、非金屬夾雜物、超聲波探傷、硬度、尺寸外形及表面質量等。對于同一牌號、同一爐號、同一規格、同一熱處理制度的鋼材組成一個檢驗批。標準對取樣部位、取樣數量、試驗方法和判定規則均做出了明確而具體的規定，增強了標準的可操作性和可檢驗性。5標準實施與預期效果5.1實施條件與應用前景本標準的發布實施符合國家標準化改革方向，得到了產業鏈各環節的積極響應。隨著國內主要特鋼企業在大鋼錠冶煉、大斷面連鑄、控制軋制與控制冷卻等方面的技術進步，以及精煉設備、檢測儀器的升級改造，具備生產滿足本標準要求的高端軸承鋼的能力正逐步形成。標準實施后，可為盾構機主軸承的設計選材、采購招標、來料驗收和質量爭議仲裁提供明確依據，為主軸承的國產化研制提供有力支撐。5.2經濟與社會效益從經濟效益看，本標準的實施將推動高端軸承鋼的規模化、穩定化生產，降低主軸承用材成本，縮短采購周期，從而有效降低盾構機制造成本。從社會效益看，該標準有助于增強國產盾構裝備的核心競爭力，提升重大基礎設施的安全保障水平，同時帶動特鋼冶煉、檢測裝備等相關領域的技術進步，促進產業升級。5.3國際對比與協調本標準在主要技術指標上與國際先進標準接軌，部分指標（如氧含量、鈦含量限值）已達到或優于ISO683-17和ASTMA295的相應要求，有利于國產盾構機主軸承用軸承鋼參與國際市場競爭，同時也為后續國際標準的制修訂提供了中國實踐和經驗參考。6主要起草單位介紹本標準的主要起草單位之一——大冶特殊鋼有限公司（以下簡稱“大冶特鋼”）是行業內具有深厚積累的代表性企業，在高端軸承鋼研發與生產領域具有突出的引領地位。6.1企業概況大冶特鋼始建于1913年，地處湖北省黃石市，是中國近代鋼鐵工業的重要發祥地之一，現為中信泰富特鋼集團核心企業。經過百余年的發展，大冶特鋼已形成年產特殊鋼500萬噸、鋼材460萬噸的生產能力，產品涵蓋軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼、工模具鋼、高溫合金等眾多高端特殊鋼品種，廣泛應用于航空航天、軌道交通、汽車制造、工程機械、能源裝備等領域。大冶特鋼是國內軸承鋼產量最大的生產企業之一，長期保持高碳鉻軸承鋼產銷量全國領先地位，被中國鋼鐵工業協會授予“中國軸承鋼生產基地”稱號。其軸承鋼產品在國內外市場享有良好聲譽，出口量居行業前列。6.2技術研發實力大冶特鋼建有國家級技術中心、國家認可實驗室和博士后科研工作站，擁有一支經驗豐富的研發團隊，涵蓋冶煉工藝、材料加工、質量檢測等專業方向。公司配備了先進的特種冶煉裝備，具備從鐵水預處理、轉爐/電爐冶煉、LF精煉、RH/VD真空脫氣、連鑄/模鑄到大方坯連軋的完整高端軸承鋼生產工藝鏈，并配備掃描電鏡、圖像法夾雜物分析儀、超聲波自動探傷等全套先進檢測設備，能夠有效保障高純凈度軸承鋼的批量穩定生產。6.3在標準研制中的貢獻在本標準編制過程中，大冶特鋼充分發揮其在高純凈度軸承鋼冶煉和大型化生產方面的技術優勢，承擔了關鍵鋼種驗證試驗和工業試制任務，為標準中氧含量、鈦含量、夾雜物等級等核心指標的確定提供了大量第一手數據支撐。同時，大冶特鋼長期參與國家和行業軸承鋼標準的制修訂工作，是GB/T18254《高碳鉻軸承鋼》、GB/T3203《滲碳軸承鋼》等多項基礎標準的主要起草單位之一，具有豐富的標準化工作經驗，為本標準技術內容與現有標準體系的科學銜接提供了重要保障。7結論與展望YB/T6360-2025《盾構機主軸承用軸承鋼》行業標準的發布實施，填補了我國盾構主軸承專用軸承鋼標準的空白，是高端裝備基礎材料標準化工作的一項重要成果。該標準立足我國資源與產業實際，對標國際先進水平，系統規定了盾構機主軸承用軸承鋼的分類、技術要求、試驗方法和檢驗規則，突出了高純凈度、高均勻性、高可靠性的技術導向，為盾構主軸承的設計選材、材料采購和質量控制提供了科學的技術依據。展望未來，隨著標準實施的深入推進，預期將在以下方面產生持續的積極效應：一是推動軸承鋼生產企業持續優化工藝，進一步提升高端軸承鋼的品質穩定性和批次一致性；二是促進盾構機主軸承國產化進程提速，助力關鍵零部件自主可控目標的實現；三是為后續制定更高等級的企業標準和團體標準奠定基礎，逐步形成多層級銜接配套的標準體系；四是為我國參與軸承鋼領域國際標準的制修訂積累技術儲備和實踐經驗。參考文獻[1]GB/T18254-2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