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作為鋼鐵生產(chǎn)業(yè)中要求最為嚴格的鋼種，軸承鋼又被稱為“鋼中之王”，而如何鍛造出“高純凈度”和“高均勻性”的軸承鋼，將鋼中含氧量控制在最低，一直是我國鋼鐵企業(yè)面臨的難題。

西北工業(yè)大學材料學院劉東教授和其團隊研發(fā)的強力旋軋技術(shù)（PTR），打破國外巨頭技術(shù)壟斷，突破我國軸承鋼“卡脖子”技術(shù)，破解行業(yè)難題。

軸承鋼的質(zhì)量如何提升？一是內(nèi)部足夠純凈，夾雜物質(zhì)越少越好；二是足夠均勻，材料內(nèi)的顆粒物盡量細小、彌散。劉東教授介紹，'令人遺憾的是，一直以來，我國所生產(chǎn)的軸承鋼質(zhì)量與國際先進水平有較大差距。以夾雜物為例，國外產(chǎn)品夾雜物尺寸完全小于等于10μm，而國內(nèi)最大粒徑達到50~52μm，大小相差五倍之多 ?！?/p>

夾雜物與軸承疲勞壽命的關(guān)系

經(jīng)過我們國家?guī)资甑呐Γ?strong>氧含量、夾雜物、偏析等技術(shù)問題已經(jīng)得到有效解決。行業(yè)中最后一個老大難——碳化物，被劉東教授團隊攻克。

軸承鋼屬于高碳鋼，其含碳量在所有鋼中比較高。如果碳化物分布不均勻且呈大塊狀，就會嚴重影響質(zhì)量。劉東教授解釋說“就像揉面的時候撒了一把鹽，要是面沒有揉碎揉勻，那么面里就都是又咸又硬的疙瘩?！薄?strong>讓鹽更細小均勻的分布在面里”就是劉東教授和團隊追求的目標。

目前，通過PTR技術(shù)改性后的軸承鋼已在多個項目中得到運用。實驗室數(shù)據(jù)顯示，運用強力旋軋（PTR）技術(shù)，晶粒尺寸由原來的50μm細化至10μm，碳化物尺寸僅為原先的1/10。首次將100年來，一直徘徊在600~700HV的GCr15軸承鋼硬度提高至900HV以上，處于世界頂尖水平。除此以外，采用該技術(shù)后軸承壽命和可靠性得到大幅度提高，平均壽命達到計算壽命的26倍，可靠性達99.9%。

但是，在軸承鋼領(lǐng)域，如何縮短與國外技術(shù)的差距，我們還有很長的路要走。

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鐵姆肯

如何提高純度

軸承鋼的核心問題是提高純凈度，首先要做的就是控制鋼中的氧含量，煉鋼中用ppm（每百萬分之一）來作為氧含量的單位，一般來說8個ppm的鋼就屬于好鋼，而高端軸承所需要的則是5個ppm的頂級鋼。

高端軸承鋼中均勻細小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細小碳化物

1. 煉鋼技術(shù)是軸承鋼純度的核心

目前高速鋼、工模具鋼連鑄技術(shù)在國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)基本屬于空白，且這些高品質(zhì)特殊鋼連鑄容易產(chǎn)生拉漏、產(chǎn)品易斷裂及產(chǎn)生裂紋，成功率較低。雖然國內(nèi)少數(shù)企業(yè)嘗試過水平連鑄和弧形圓坯連鑄進行工模具鋼的試制，但效果并不理想。鐵姆肯使用的Jumbo Bloom 立式連鑄機完美解決了這類高品質(zhì)鋼在連鑄過程中產(chǎn)生的各類問題。

澆鑄和鑄坯凝固全部過程都是在垂直狀態(tài)中進行的連續(xù)鑄鋼類型。這種連鑄的中間罐、結(jié)晶器、二冷區(qū)、拉矯機、切割設(shè)備以及接受定尺鑄坯等一系列設(shè)備和操作均布置在一條垂直的中心線上。

2. 表面滲碳熱處理工藝 

這是鐵姆肯最引以為傲的熱處理工藝，熱處理過程中，使用特殊熔爐對內(nèi)圈、滾子外部加熱，使部件表面滲入碳。由此產(chǎn)生的高碳外表層非常堅硬且耐磨，同時芯部的低碳鋼相對較軟，這種外硬內(nèi)軟的特性使軸承部件面對沖擊負荷時更具韌性。

滲碳后的軸承內(nèi)圈

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尋找軸承鋼短板

近年來，瓦軸通過與瑞典奧沃科、美國鐵姆肯及日本山陽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)量要求有較詳細的了解，也對其實物水平進行了檢測評價。

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)指標的對比，從標準上看，瓦軸所用軸承鋼與國外知名公司產(chǎn)品相比，技術(shù)指標要求并沒有太大差異，甚至對一些指標，如有害元素及夾雜物的要求更高?？梢赃@樣理解，實際上，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大而全的生產(chǎn)過程，諸多工藝過程每一個細小的制造環(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試樣檢測無法真實全面體現(xiàn)。所以，針對專有產(chǎn)品進行裝備、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，國外軸承鋼的實物水平遠高于其標準要求。

表 1  化學成分及有害元素對比

表 2  低倍檢驗對比

表 3  按 ISO4967 檢測非金屬夾雜物對比

表4  按SEP1927檢測宏觀夾雜物水浸探傷要求對比

隨著我國軸承鋼實物質(zhì)量和軸承行業(yè)質(zhì)量需求的提高，標準也在不斷修訂和提升水平，目前執(zhí)行的軸承鋼標準主要有：GB/T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》、GB/T3203-2016《滲碳軸承鋼》、GB/T33161-2016《汽車軸承用滲碳鋼》、GB/T32959-2016《高碳鉻軸承鋼大型鍛制鋼棒》、YB/T4785-2019《高碳鉻軸承鋼球坯》、GB/T3086-2019《高碳鉻不銹軸承鋼》、YB/T4572-2016《軸承鋼碾軋環(huán)件及毛坯》、GB/T28417-2012《碳素軸承鋼》、GB/T29913-2013《風力發(fā)電設(shè)備用軸承鋼》、GB/T18579-2001《高碳鉻軸承鋼絲》、YB/T4146-2006《無縫軸承鋼鋼管》等。應(yīng)用領(lǐng)域既有通用軸承領(lǐng)域，也有風電、汽車、軌道交通、航空航天等專用領(lǐng)域。其中，GB/T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》是軸承鋼中使用最為廣泛，同時也是被行業(yè)公認為具有國際先進水平的標準之一。

值得一提的是，中信特鋼的子公司興澄特鋼，已經(jīng)發(fā)展成為軸承鋼產(chǎn)銷量世界第一的特鋼企業(yè)，其生產(chǎn)的高檔軸承鋼大批量向瑞典斯凱孚、德國舍弗勒、日本NSK等世界著名軸承公司供貨，產(chǎn)品冶金質(zhì)量已達到國際領(lǐng)先水平。

但是我國在軸承鋼成分設(shè)計、產(chǎn)品系列化、標準化等方面與國外還存在較大差距，如品種、牌號單一，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域沒有對產(chǎn)品進行系列化細分等。另外，由于從原材料設(shè)計到軸承制造再到應(yīng)用，整個過程周期長、費用高、風險大，導致試驗性和開創(chuàng)性的工作不多，無法打造適合自己的具有中國特色的軸承鋼和軸承產(chǎn)品體系。

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軸承鋼未來可期

據(jù)中國特鋼企業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，“十三五”期間，預(yù)計特鋼協(xié)會員單位軸承鋼粗鋼產(chǎn)量為1730萬噸，較“十二五”期間增長17.1%。2018年軸承鋼粗鋼產(chǎn)量創(chuàng)歷史最高紀錄392萬噸。2019年略降至365萬噸。2020年前11個月產(chǎn)量為355.7萬噸，同比增長10.1%。我國已經(jīng)成為全球最大的軸承鋼生產(chǎn)國。雖然從精度來說與國外存在差距，但我國軸承鋼在艱難的環(huán)境中殺出了一個未來。

工業(yè)的比較并不是比一個軸承鋼的精度，也不是比一個成功的案例，而是一整套工序下來完成的產(chǎn)品和配套的設(shè)備與技術(shù)，這也是我國軸承鋼未來的發(fā)展之路。