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'軸承鋼全產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展'專題之無
國內(nèi)高端軸承鋼研發(fā)及與國外材料的對比
本專題由中信泰富特鋼集團(tuán)協(xié)辦
本文以瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡稱：瓦軸）作為典型的國內(nèi)軸承制造企業(yè)代表，詳細(xì)闡述了軸承制造對高端軸承鋼組織和性能方面的要求，以及瓦軸與國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)攜手研發(fā)與應(yīng)用高端軸承鋼的進(jìn)展情況。此外，本文發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于常規(guī)用途的國產(chǎn)材料與進(jìn)口軸承鋼處于同一質(zhì)量水平，但用于特殊用途的國產(chǎn)軸承鋼質(zhì)量還需要提升。最后，本文從瓦軸多年軸承制造經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，為國產(chǎn)軸承鋼的研究指明了方向。
1 用料情況
瓦軸是我國軸承工業(yè)發(fā)源地，具有唯一經(jīng)科技部批準(zhǔn)認(rèn)可的國家大型軸承研究中心，肩負(fù)著國家軸承制造技術(shù)研發(fā)重任，綜合技術(shù)實(shí)力一直處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。產(chǎn)品涵蓋航空航天、風(fēng)電、軌道交通、汽車、冶金及幾乎所有重要工業(yè)裝備領(lǐng)域。瓦軸所使用的軸承鋼，無論鋼種成分、尺寸規(guī)格還是冶煉方式，在國內(nèi)軸承制造企業(yè)中最為廣泛。
◆用料直徑尺寸：?10-?800mm；
◆用料鋼種：GCr15 、GCr 15Si Mn、G20CrNi 2Mo、G2 0Cr 2Ni 4、GCr 18Mo、ZWZ11-16；
◆冶煉方式：連鑄、模鑄、電渣重熔、雙真空等；
◆國內(nèi)主要供應(yīng)商：大冶特鋼、興澄特鋼、撫順特鋼、西寧特鋼、建龍北滿特鋼；
◆國外供應(yīng)商：美國鐵姆肯鋼鐵公司；
◆年用量：12萬噸，其中國外進(jìn)口0.1萬噸，占總用量的0.8%。
2 瓦軸高端軸承鋼的開發(fā)和應(yīng)用情況
軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件要求軸承材料必須具備高的硬度、高的耐磨性、高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的彈性極限、良好的沖擊韌度、良好的斷裂韌度、良好的尺寸穩(wěn)定性、良好的防銹性能和良好的冷熱加工性能等。為保證這些性能要求，軸承用鋼的冶金質(zhì)量必須保證精確的化學(xué)成分控制，特別高的純凈度，極低的氧含量和殘余元素含量以及內(nèi)部疏松、偏析、顯微孔隙等要求。軸承鋼是所有合金鋼中質(zhì)量要求最嚴(yán)格、檢驗(yàn)項(xiàng)目最多的鋼種。
瓦軸多年來一直致力于高端軸承鋼的研究與開發(fā)工作。
2.1 高純凈軸承鋼的研發(fā)
近年來，我國軸承鋼冶煉的裝備水平和過程控制有很大提高，瓦軸與大冶特鋼等供應(yīng)商合作進(jìn)行瓦軸專用高端軸承鋼開發(fā)，建立了一整套高端軸承鋼開發(fā)和管控體系，從原料開始，對工藝流程、加工裝備、質(zhì)量控制進(jìn)行全流程驗(yàn)證，對工藝路線和加工過程進(jìn)行規(guī)范和固化，瓦軸專用軸承鋼總體質(zhì)量指標(biāo)與國外知名公司處于同等水平（見表1-表5）。比如，瓦軸專用軸承鋼對有害元素的控制更嚴(yán)格：氧含量實(shí)物水平不超過6ppm，鈦含量不超過15ppm；純凈度水平更高：對于氮化鈦、碳氮化鈦按形貌分別并入B類、D類、DS類評級，DS類夾雜物一般在0.5級以下；宏觀夾雜物全部采用
SEP1927標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)，夾雜物不得超過5mm/dm3，單個(gè)夾雜物長度不得超過1.0mm。
2.2 瓦軸ZWZ系列高淬透性軸承鋼的開發(fā)
與世界先進(jìn)國家的軸承鋼相比，我國國標(biāo)中軸承鋼僅有十余種，品種不全，沒有形成完整的高碳鉻軸承鋼系列和滲碳軸承鋼系列，缺乏適用于加工大尺寸軸承的高級高碳鉻軸承鋼和高級滲碳軸承鋼及相應(yīng)的熱加工和熱處理技術(shù)。
瓦軸在國內(nèi)率先開發(fā)高淬透性系列軸承鋼并完成相應(yīng)的熱處理工藝研究，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ZWZ11、ZWZ12、ZWZ13、ZWZ14、ZWZ15、ZWZ16系列鋼種，可以滿足滾子直徑260mm、套圈有效壁厚210mm的各種尺寸重大裝備軸承的要求，解決了我國軸承行業(yè)大厚度零件心部硬度偏低和屈氏體超標(biāo)問題，成熟應(yīng)用于風(fēng)電主軸等軸承制造，填補(bǔ)了我國軸承行業(yè)空白。
3 瓦軸高端軸承鋼實(shí)物質(zhì)量與SKF等
國外材料技術(shù)指標(biāo)對比
近年來，瓦軸通過與瑞典奧沃科（OVAKO）、美國鐵姆肯（TIMLKEN）及日本山陽（SANYO）等主要的國外軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)開展技術(shù)交流，對其生產(chǎn)過程、質(zhì)量要求有較詳細(xì)的了解，也對其實(shí)物水平進(jìn)行了檢測評價(jià)。
表1-表5列舉了瓦軸與國外某知名軸承制造企業(yè)主要技術(shù)指標(biāo)的對比，從標(biāo)準(zhǔn)上看，瓦軸所用軸承鋼與國外知名公司產(chǎn)品相比，技術(shù)指標(biāo)要求并沒有太大差異，甚至對一些指標(biāo)，如有害元素及夾雜物的要求更高?？梢赃@樣理解，實(shí)際上，國外企業(yè)對軸承鋼冶煉制造過程更為關(guān)注，鋼材冶煉加工是一個(gè)大而全的生產(chǎn)過程，諸多工藝過程每一個(gè)細(xì)小的制造環(huán)節(jié)都會對質(zhì)量產(chǎn)生致命影響，而這些通過有限的幾個(gè)試樣檢測無法真實(shí)全面體現(xiàn)。所以，針對專有產(chǎn)品進(jìn)行裝備、產(chǎn)線和工藝的固化，始終如一的過程控制是質(zhì)量的根本保證，因此，國外軸承鋼的實(shí)物水平遠(yuǎn)高于其標(biāo)準(zhǔn)要求。
表 1 化學(xué)成分及有害元素對比
表 2 低倍檢驗(yàn)對比
表 3 按 ISO4967 檢測非金屬夾雜物對比
從瓦軸高端軸承鋼的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析看，應(yīng)用于常規(guī)用途的產(chǎn)品與進(jìn)口軸承鋼處于同一質(zhì)量水平。表5是瓦軸與國外某知名企業(yè)軸承鋼的ASPEX夾雜物分析對比，各項(xiàng)指標(biāo)差異不大。
4 國產(chǎn)軸承鋼的研究方向
4.1 減少鋼材成分波動，提高質(zhì)量一致性
我國軸承鋼制造企業(yè)今后應(yīng)該把提高不同爐次軸承鋼的成分一致性作為重要研究課題，提高過程控制能力和工藝穩(wěn)定性，從而減少鋼材成分波動，提高質(zhì)量一致性，為后續(xù)加工和提高我國軸承的質(zhì)量奠定良好的材料基礎(chǔ)。
4.2 夾雜物形態(tài)及評定科學(xué)性
按現(xiàn)有的ISO4967評價(jià)方法，瓦軸所用軸承鋼夾雜物的控制水平貌似與國外軸承鋼沒有差別，但這并不能真實(shí)反映每一爐鋼的總體質(zhì)量狀態(tài)。大部分國外優(yōu)質(zhì)軸承鋼材，其夾雜物主要以塑性硫化物為主，瓦軸所用軸承鋼與其相比雖然總量差別不大，但對軸承疲勞壽命影響有很大不同，所以，對比國外優(yōu)質(zhì)軸承鋼夾雜物分布情況，一方面要研究如何改進(jìn)冶煉脫氧方式，另一方面也要考慮夾雜物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性。
4.3 高性能專用軸承鋼的研發(fā)
1）當(dāng)前，市場對于高速、重載、長壽命等各項(xiàng)軸承性能指標(biāo)的要求越來越高，同時(shí)也意味著對軸承鋼的純凈度和均勻性要求更加嚴(yán)格。在軸承失效案例分析中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)疲勞起源于10μm尺寸級別的脆性夾雜物。10μm以下尺寸級別夾雜物控制水平的高純凈度鋼的穩(wěn)定批量生產(chǎn)是軸承行業(yè)的實(shí)際需求。
2）提高鋼材冶煉水平的同時(shí)，通過成分設(shè)計(jì)研發(fā)長壽命、高可靠性專用軸承鋼新鋼種，可以得到事半功倍的效果。（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司副總工程師 莊權(quán)）
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