金屬加工：“鋼中之王”——軸承鋼生產難點解析_風聞

作為鋼鐵生產業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“高純淨度”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面臨的難題。

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

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解決軸承鋼碳化物含量？

“揉麪撒鹽****”****瞭解下

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軸承鋼的質量如何提升？一是內部足夠純淨，夾雜物質越少越好；二是足夠均勻，材料內的顆粒物儘量細小、彌散。劉東教授介紹，“令人遺憾的是，一直以來，我國所生產的軸承鋼質量與國際先進水平有較大差距。以夾雜物為例，國外產品夾雜物尺寸完全小於等於10μm，而國內最大粒徑達到50~52μm，大小相差五倍之多 。”

夾雜物與軸承疲勞壽命的關係

經過我們國家幾十年的努力，氧含量、夾雜物、偏析等技術問題已經得到有效解決。行業中最後一個老大難——碳化物，被劉東教授團隊攻克。

軸承鋼屬於高碳鋼，其含碳量在所有鋼中比較高。如果碳化物分佈不均勻且呈大塊狀，就會嚴重影響質量。劉東教授解釋説“就像揉麪的時候撒了一把鹽，要是面沒有揉碎揉勻，那麼面裏就都是又鹹又硬的疙瘩。”“**讓鹽更細小均勻的分佈在面裏”**就是劉東教授和團隊追求的目標。

目前，通過PTR技術改性後的軸承鋼已在多個項目中得到運用。實驗室數據顯示，運用強力旋軋（PTR）技術，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，處於世界頂尖水平。除此以外，採用該技術後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，在軸承鋼領域，如何縮短與國外技術的差距，我們還有很長的路要走。

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鐵姆肯

如何提高純度

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軸承鋼的核心問題是提高純淨度，首先要做的就是控制鋼中的氧含量，鍊鋼中用ppm（每百萬分之一）來作為氧含量的單位，一般來説8個ppm的鋼就屬於好鋼，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後均勻分佈的細小碳化物

1. 鍊鋼技術是軸承鋼純度的核心

目前高速鋼、工模具鋼連鑄技術在國內工業化生產基本屬於空白，且這些高品質特殊鋼連鑄容易產生拉漏、產品易斷裂及產生裂紋，成功率較低。雖然國內少數企業嘗試過水平連鑄和弧形圓坯連鑄進行工模具鋼的試製，但效果並不理想。鐵姆肯使用的Jumbo Bloom 立式連鑄機完美解決了這類高品質鋼在連鑄過程中產生的各類問題。

澆鑄和鑄坯凝固全部過程都是在垂直狀態中進行的連續鑄鋼類型。這種連鑄的中間罐、結晶器、二冷區、拉矯機、切割設備以及接受定尺鑄坯等一系列設備和操作均佈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，使用特殊熔爐對內圈、滾子外部加熱，使部件表面滲入碳。由此產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，這種外硬內軟的特性使軸承部件面對衝擊負荷時更具韌性。

滲碳後的軸承內圈

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尋找

軸承鋼****短板

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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企業開展技術交流，對其生產過程、質量要求有較詳細的瞭解，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製造企業主要技術指標的對比，從標準上看，瓦軸所用軸承鋼與國外知名公司產品相比，技術指標要求並沒有太大差異，**甚至對一些指標，如有害元素及夾雜物的要求更高。可以這樣理解，實際上，國外企業對軸承鋼冶煉製造過程更為關注，鋼材冶煉加工是一個大而全的生產過程，諸多工藝過程每一個細小的製造環節都會對質量產生致命影響，而這些通過有限的幾個試樣檢測無法真實全面體現。所以，針對專有產品進行裝備、產線和工藝的固化，始終如一的過程控制是質量的根本保證，因此，國外軸承鋼的實物水平遠高於其標準要求。

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

隨着我國軸承鋼實物質量和軸承行業質量需求的提高，標準也在不斷修訂和提升水平，目前執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《高碳鉻不鏽軸承鋼》、YB/T4572-2016《軸承鋼碾軋環件及毛坯》、GB/T28417-2012《碳素軸承鋼》、GB/T29913-2013《風力發電設備用軸承鋼》、GB/T18579-2001《高碳鉻軸承鋼絲》、YB/T4146-2006《無縫軸承鋼鋼管》等。應用領域既有通用軸承領域，也有風電、汽車、軌道交通、航空航天等專用領域。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，已經發展成為軸承鋼產銷量世界第一的特鋼企業，其生產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，產品冶金質量已達到國際領先水平。

**但是我國在軸承鋼成分設計、產品系列化、標準化等方面與國外還存在較大差距，如品種、牌號單一，針對不同應用領域沒有對產品進行系列化細分等。**另外，由於從原材料設計到軸承製造再到應用，整個過程週期長、費用高、風險大，導致試驗性和開創性的工作不多，無法打造適合自己的具有中國特色的軸承鋼和軸承產品體系。

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軸承鋼

未來可期

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據中國特鋼企業協會統計，“十三五”期間，預計特鋼協會員單位軸承鋼粗鋼產量為1730萬噸，較“十二五”期間增長17.1%。2018年軸承鋼粗鋼產量創歷史最高紀錄392萬噸。2019年略降至365萬噸。2020年前11個月產量為355.7萬噸，同比增長10.1%。我國已經成為全球最大的軸承鋼生產國。雖然從精度來説與國外存在差距，但我國軸承鋼在艱難的環境中殺出了一個未來。

工業的比較並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品和配套的設備與技術，這也是我國軸承鋼未來的發展之路。

參考資料：

[1]西北工業大學.西北工業大學突破我國軸承鋼“卡脖子”技術，破解行業難題

[2]世界金屬導報.“軸承鋼”專題之八｜高端軸承鋼生產及應用技術趨勢.作者：東北特殊鋼集團副總工程師 李濤/軸承鋼室主任 馬永強

[3]世界金屬導報.“軸承鋼”專題之五｜國內高端軸承鋼研發及與國外材料的對比.作者：瓦房店軸承集團有限責任公司副總工程師 莊權