本文從我國軸承和軸承鋼的進出口情況出發(fā)，闡述了我國軸承鋼在市場已經(jīng)彰顯競爭實力，特鋼企業(yè)直接出口至國外和在國內(nèi)的國外軸承企業(yè)的軸承鋼近百萬噸；相比之下，中國雖然生產(chǎn)全球Z多的軸承，但是對市場的影響力較弱，我國軸承行業(yè)的發(fā)展亟待提速。此外，本文從國外軸承企業(yè)在原料使用方面的策略以及同類產(chǎn)品實物對比的結(jié)果等不同角度指出了我國軸承制造業(yè)出現(xiàn)技術(shù)瓶頸的根本原因，闡明了在哪些方面與國外高端軸承存在差距，并提出了縮小差距、突破技術(shù)瓶頸的切實可行的建議。

1　中國高端軸承制造究竟卡在何處

國內(nèi)媒體在提到中國“卡脖子”技術(shù)時，將軸承鋼列為我國“卡脖子”技術(shù)之一。這一說法有失偏頗，不利于政府決策和行業(yè)部門組織技術(shù)攻關(guān)。我國現(xiàn)階段在航空、高鐵、機器人、計算機、空調(diào)器、精密機械、大型軋機和盾構(gòu)機等產(chǎn)業(yè)所用高端軸承確實主要依賴進口，這是由于國產(chǎn)軸承的實物質(zhì)量與日本、德國、美國和瑞典等國相比差距很大，突出表現(xiàn)在其壽命和可靠性等方面落后很多。但是高端軸承國產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸是否就是軸承用鋼不過關(guān)，可以從軸承和軸承鋼的進出口統(tǒng)計數(shù)據(jù)中窺得一二。

1.1我國軸承行業(yè)對市場的影響力較弱

首先是軸承的進出口情況。根據(jù)中國軸承工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，中國生產(chǎn)的軸承件、套數(shù)約占全球的一半，世界主要軸承生產(chǎn)國，除中國外，還有日本、德國、瑞典和美國等，其中，日本有NSK、NTN、NMB、IKO、EKI，德國有舍弗勒（Schaeffler，旗下三大品牌FAG、INA和LuK），瑞典有斯凱孚（SKF），美國有鐵姆肯（TIMKEN），都是世界知名軸承制造企業(yè)。2019年中國軸承規(guī)模以上（銷售額大于2000萬元）企業(yè)營業(yè)收入為1770億元，去除外資企業(yè)營業(yè)收入約440億元，中國內(nèi)資企業(yè)的軸承業(yè)務收入約為1330億元，折合約190億美元，約占世界軸承銷售總額的24%；2019年世界軸承業(yè)務收入估計約為800億美元，去除中國市場仍有610億美元的市場；而當年我國軸承出口（含外資出口）53.21億美元，僅占世界外部市場的8.7%；如果再去除外資企業(yè)在中國設廠的出口，真正國內(nèi)軸承企業(yè)出口占世界外部市場的比例將會更低。2019年德國舍弗勒（Schaeffler）全球銷售額達到114.27億歐元，瑞典斯凱孚（SKF）全球銷售額為860.13億克朗。中國雖然生產(chǎn)全球Z多的軸承，但是年營業(yè)收入僅與舍弗勒或斯凱孚一家軸承企業(yè)的水平相當。從出口金額占比和營業(yè)收入水平看，我國軸承行業(yè)對全球軸承產(chǎn)業(yè)而言幾乎無足輕重，再加上中高端產(chǎn)品基本沒有競爭力，我國軸承行業(yè)的發(fā)展亟需提速。

1.2我國軸承鋼進出口量對比及其原因

再來看軸承鋼的進出口情況。海關(guān)統(tǒng)計的2014-2016年內(nèi)的棒材進口統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年全國進口軸承鋼僅1.57萬噸，這其中1.54萬噸其實是日本在國內(nèi)的軸承企業(yè)從日本關(guān)聯(lián)鋼廠進口的，也就是說，國內(nèi)企業(yè)真正從國外進口的軸承鋼才數(shù)百噸。此后，盡管沒有獲得詳細的海關(guān)進口數(shù)據(jù)，但據(jù)相關(guān)部門估計，目前軸承鋼棒材進口量每年也僅為3-4萬噸。反觀我國軸承鋼的出口，包括興澄、大冶、寶鋼、石鋼等特鋼企業(yè)直接出口至國外和在國內(nèi)的國外軸承企業(yè)的軸承鋼目前近百萬噸，且呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢，這些用戶包括斯凱孚、舍弗勒、NTN等世界頂級軸承制造商。

如果說阻礙中國軸承質(zhì)量提高的瓶頸在于軸承鋼，那為什么中國的軸承企業(yè)不進口國外的高質(zhì)量軸承鋼，進而生產(chǎn)出與國外斯凱孚、舍弗勒類似質(zhì)量的軸承？為什么中國的軸承鋼反而又大量出口到國外知名軸承企業(yè)？

答案是顯然的，因為中國國內(nèi)軸承企業(yè)所生產(chǎn)的軸承長期以來質(zhì)量、可靠性方面較外資品牌差距較大，售價也低很多。如此發(fā)展的結(jié)果是，國內(nèi)軸承企業(yè)只有通過進一步壓低成本和售價來占據(jù)市場，導致該行業(yè)出現(xiàn)因利潤微薄而無法通過技術(shù)升級進行換血再造、品牌建設的惡性循環(huán)；同時，國內(nèi)特鋼企業(yè)也更愿意將經(jīng)過嚴格檢驗的高質(zhì)量軸承鋼以較高的價格出售給外資企業(yè)。

2　如何克服高端軸承國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)

2.1借鑒國外先進軸承企業(yè)經(jīng)驗，找到技術(shù)瓶頸

對于如何克服高端軸承國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)，首先要實事求是地找到國產(chǎn)化的技術(shù)瓶頸。軸承作為工業(yè)制造的基本零部件，其壽命和可靠性依賴于設計、制造裝配、熱處理、潤滑和?料等諸多環(huán)節(jié)，軸承鋼只是其中一環(huán)。事實上，斯凱孚、舍弗勒等國外軸承企業(yè)購買中國的軸承鋼時，一是要提出遠超過國標的額外技術(shù)指標要求；二是各企業(yè)會對采購的軸承鋼進行質(zhì)量評級，根據(jù)評級來確定不同質(zhì)量級別對應的應用場景。而這些對軸承鋼的檢驗、檢測的要求、方法和如何評價是通過自身長期的實踐和知識積累而來的。我國軸承企業(yè)和很多基礎制造工業(yè)一樣，初期技術(shù)來源主要靠進口，而后續(xù)的技術(shù)升級依然期望進口，自身缺乏獲得長足的技術(shù)進步的實力。例如，在軸承設計方面，國外先進軸承企業(yè)普遍采用有限元仿真軟件進行設計，其中集成了各種材料的大量物性數(shù)據(jù)、自身積累的疲勞性能數(shù)據(jù)等，而國內(nèi)軸承企業(yè)雖有國家眾多項目支持，但沒有形成有效的知識積累與系統(tǒng)集成，在軸承設計方面與國外先進企業(yè)的差距越來越大；同時，由于菲薄的盈利不能吸引足夠的人才和資金進行自主開發(fā)，導致我國軸承行業(yè)的發(fā)展形勢不容樂觀。需要打破目前軸承行業(yè)所面臨的壓成本、降價爭市場導致質(zhì)量惡化、又不得不繼續(xù)降價的惡性循環(huán)。

2.2 強化面向服役場景的基礎研究，有針對性地解決早期失效等問題

克服高端軸承國產(chǎn)化的技術(shù)瓶頸，需要軸承行業(yè)和特鋼行業(yè)雙方的高度密切協(xié)作配合。我國軸承企業(yè)要拿出我國軸承在各種應用場景下發(fā)生早期失效的詳實數(shù)據(jù)和機制進行歸納總結(jié)，并通過和國外同類產(chǎn)品對比找出國產(chǎn)軸承壽命低、可靠性差的切實原因，據(jù)此進行有針對性的攻關(guān)。比如，大量的軸承失效是表面啟裂，還是次表面啟裂？如果是表面啟裂，那是潤滑、加工裝配，還是設計問題所致？如果是次表面啟裂，那么裂紋啟裂是否與冶金缺陷如夾雜物等相關(guān)？啟裂時的組織位于經(jīng)典滾動接觸疲勞組織發(fā)展的哪一個階段，是深蝕區(qū)（Dark etching area，DEA）、白色條帶（White bands，WB）還是蝶狀白色腐蝕組織（Butterfly）？這些均對應軸承服役失效的不同組織機制。

這些極具針對性的基本科學問題，目前也正是斯凱孚和舍弗勒等全球頂級軸承企業(yè)的研究熱點，但是國內(nèi)軸承企業(yè)罕有涉及，在國家支持的相關(guān)項目指南中也很少有這方面的內(nèi)容。但是像德國舍弗勒這樣的軸承公司，早就已經(jīng)開始關(guān)注軸承服役中常見的早期失效現(xiàn)象，即白色腐蝕裂紋失效，這種失效與高潔凈度軸承鋼中夾雜物并無多大關(guān)系，因為夾雜物影響的是經(jīng)典滾動接觸疲勞壽命，而當出現(xiàn)白色腐蝕裂紋時，軸承常在尚未達到其額定壽命就發(fā)生失效。該公司近期的研究成果表明，只有在軸承服役期間遭遇某些附加載荷時才會發(fā)生這樣的早期破壞。比如在風電軸承中，可能由于散亂電流的作用導致潤滑油分解出氫進入軸承鋼，導致氫脆。國內(nèi)軸承企業(yè)不應該依然停留在幾十年前那些陳舊的概念和知識上，而是需要大力加強相關(guān)的基礎研究，能夠從自身所面向的各種服役場景中，提取出針對軸承失效的不同科學原理機制以及共性要求，這樣才能夠向鋼鐵企業(yè)提出具體的技術(shù)要求，或組織國內(nèi)的相關(guān)科研力量進行攻關(guān)。只有通過深入的相關(guān)基礎研究，才能對材料提出具體、準確的要求，才能形成軸承設計與制備技術(shù)不斷進步的知識儲備和技術(shù)來源，否則還是要依賴于國外成套裝備和相關(guān)技術(shù)的再次引進。

與軸承行業(yè)不同的是，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的煉鋼裝備和工藝水平自改革開放以來取得巨大進步，軸承鋼的O、N、S、P、Ti等眾多雜質(zhì)元素含量，與幾十年前相比，都大幅降低到了前所未有的水平，即使在全球也位于世界前列；同時連鑄工藝技術(shù)日趨成熟完備，通過中間包感應加熱、浸入式水口優(yōu)化、結(jié)晶器和凝固末端電磁攪拌和輕壓下等各種全球領先的先進工藝技術(shù)的應用，大幅度改善了鑄坯的偏析程度。

2.3 產(chǎn)用兩端密切合作，以提高軸承壽命為抓手進行技術(shù)研發(fā)

軸承廠和鋼廠的合作，首先要避免相互甩鍋，不能只要是軸承壽命低，就簡單地推到軸承鋼冶金質(zhì)量不過關(guān)，而不進行科學分析和研究論證，否則無法突破高端軸承國產(chǎn)化的技術(shù)瓶頸。軸承廠和鋼廠在提高軸承服役壽命這一目標上是一致的，因此建議國內(nèi)軸承和特鋼企業(yè)都以提高壽命為抓手進行相關(guān)技術(shù)研發(fā)。軸承企業(yè)要針對不同應用工況，建設大量的臺架疲勞試驗機，如針對我國目前“卡脖子”的風力發(fā)電機齒輪箱和主軸軸承、鐵路機車牽引電機軸承、交流發(fā)電機軸承、無級變速箱軸承、工業(yè)齒輪箱軸承等，要補上過去欠缺的科學試驗的舊賬，如斯凱孚或舍弗勒一家公司的臺架疲勞試驗機數(shù)量就超過全國的臺架疲勞試驗機數(shù)量，正是通過這些大量的臺架疲勞試驗，才能獲得相關(guān)的可靠和準確的數(shù)據(jù)，從而確定影響軸承壽命的關(guān)鍵因素，指導軸承的設計和制備技術(shù)升級；而鋼廠，除了對鋼材進行常規(guī)的冶金質(zhì)量檢驗、檢測外，應進行和臺架試驗結(jié)果關(guān)聯(lián)度高的、針對鋼材性能的相關(guān)滾動接觸疲勞試驗，以期在排除軸承設計、加工和潤滑等因素外，對不同鋼材的服役疲勞性能進行先期評價，尤其是在潔凈度水平大幅提高、鑄坯偏析有效控制的情況下，軸承鋼的傳統(tǒng)冶金質(zhì)量因素，如夾雜物和偏析，對滾動接觸疲勞壽命的影響機制是否發(fā)生了變化，以及如何建模進行量化，并據(jù)此來更新和升級針對高潔凈度軸承鋼冶金質(zhì)量的檢驗和檢測標準，Z終實現(xiàn)將冶金質(zhì)量的?制水平直接用于軸承的設計。

軸承廠和鋼廠只有基于各自大量的疲勞試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過充分的科學論證和研究，才能Z終形成關(guān)于軸承鋼冶金質(zhì)量的具體技術(shù)指標的一致要求，作為面向全球鋼廠統(tǒng)一采購的依據(jù)。（作者羅海文：北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院教授、中組部萬人計劃科技領軍人才，從事新型超高強鋼、電工鋼、軸承鋼等先進鋼鐵材料的設計與開發(fā)研究）

來源：《世界金屬導報》