作為鋼鐵生產(chǎn)業(yè)中要求Z為嚴(yán)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Z低，一直是我國(guó)鋼鐵企業(yè)面臨的難題。

西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院劉東教授和其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的強(qiáng)力旋軋技術(shù)（PTR），打破國(guó)外巨頭技術(shù)壟斷，突破我國(guó)軸承鋼“卡脖子”技術(shù)，破解行業(yè)難題。

1　解決軸承鋼碳化物含量？

“揉面撒鹽”了解下

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(xì)小、彌散。劉東教授介紹，"令人遺憾的是，一直以來(lái)，我國(guó)所生產(chǎn)的軸承鋼質(zhì)量與先進(jìn)水平有較大差距。以?shī)A雜物為例，國(guó)外產(chǎn)品夾雜物尺寸完全小于等于10μm，而國(guó)內(nèi)Z大粒徑達(dá)到50~52μm，大小相差五倍之多 。”

夾雜物與軸承疲勞壽命的關(guān)系

經(jīng)過(guò)我們國(guó)家?guī)资甑呐?，氧含量、夾雜物、偏析等技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)得到有效解決。行業(yè)中Z后一個(gè)老大難——碳化物，被劉東教授團(tuán)隊(duì)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(huì)嚴(yán)重影響質(zhì)量。劉東教授解釋說(shuō)“就像揉面的時(shí)候撒了一把鹽，要是面沒(méi)有揉碎揉勻，那么面里就都是又咸又硬的疙瘩。”“讓鹽更細(xì)小均勻的分布在面里”就是劉東教授和團(tuán)隊(duì)追求的目標(biāo)。

目前，通過(guò)PTR技術(shù)改性后的軸承鋼已在多個(gè)項(xiàng)目中得到運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)用強(qiáng)力旋軋（PTR）技術(shù)，晶粒尺寸由原來(lái)的50μm細(xì)化至10μm，碳化物尺寸僅為原先的1/10。首次將100年來(lái)，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(dá)到計(jì)算壽命的26倍，可靠性達(dá)99.9%。

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

2　鐵姆肯

如何提高純度

軸承鋼的核心問(wèn)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(wàn)分之一）來(lái)作為氧含量的單位，一般來(lái)說(shuō)8個(gè)ppm的鋼就屬于好鋼，而高端軸承所需要的則是5個(gè)ppm的頂級(jí)鋼。

高端軸承鋼中均勻細(xì)小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細(xì)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(guó)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(guó)內(nèi)少數(shù)企業(yè)嘗試過(guò)水平連鑄和弧形圓坯連鑄進(jìn)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(jī)完美解決了這類高品質(zhì)鋼在連鑄過(guò)程中產(chǎn)生的各類問(wèn)題。

澆鑄和鑄坯凝固全部過(guò)程都是在垂直狀態(tài)中進(jìn)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(jī)、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Z引以為傲的熱處理工藝，熱處理過(guò)程中，使用特殊熔爐對(duì)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(jiān)硬且耐磨，同時(shí)芯部的低碳鋼相對(duì)較軟，這種外硬內(nèi)軟的特性使軸承部件面對(duì)沖擊負(fù)荷時(shí)更具韌性。

滲碳后的軸承內(nèi)圈

3　尋找軸承鋼短板

近年來(lái)，瓦軸通過(guò)與瑞典奧沃科、美國(guó)鐵姆肯及日本山陽(yáng)等主要的國(guó)外軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)開展技術(shù)交流，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量要求有較詳細(xì)的了解，也對(duì)其實(shí)物水平進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)價(jià)。

表1-表5列舉了瓦軸與國(guó)外某知名軸承制造企業(yè)主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比，從標(biāo)準(zhǔn)上看，瓦軸所用軸承鋼與國(guó)外知名公司產(chǎn)品相比，技術(shù)指標(biāo)要求并沒(méi)有太大差異，甚至對(duì)一些指標(biāo)，如有害元素及夾雜物的要求更高。可以這樣理解，實(shí)際上，國(guó)外企業(yè)對(duì)軸承鋼冶煉制造過(guò)程更為關(guān)注，鋼材冶煉加工是一個(gè)大而全的生產(chǎn)過(guò)程，諸多工藝過(guò)程每一個(gè)細(xì)小的制造環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生致命影響，而這些通過(guò)有限的幾個(gè)試樣檢測(cè)無(wú)法真實(shí)全面體現(xiàn)。所以，針對(duì)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(guò)程控制是質(zhì)量的根本保?，因此，國(guó)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(duì)比

表2  低倍檢驗(yàn)對(duì)比

表3  按 ISO4967 檢測(cè)非金屬夾雜物對(duì)比

表4  按SEP1927檢測(cè)宏觀夾雜物水浸探傷要求對(duì)比

隨著我國(guó)軸承鋼實(shí)物質(zhì)量和軸承行業(yè)質(zhì)量需求的提高，標(biāo)準(zhǔn)也在不斷修訂和提升水平，目前執(zhí)行的軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)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(wú)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(fēng)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Z為廣泛，同時(shí)也是被行業(yè)公認(rèn)為具有先進(jìn)水平的標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(dá)到領(lǐng)先水平。

但是我國(guó)在軸承鋼成分設(shè)計(jì)、產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化等方面與國(guó)外還存在較大差距，如品種、牌號(hào)單一，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行系列化細(xì)分等。另外，由于從原材料設(shè)計(jì)到軸承制造再到應(yīng)用，整個(gè)過(guò)程周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)大，導(dǎo)致試驗(yàn)性和開創(chuàng)性的工作不多，無(wú)法打造適合自己的具有中國(guó)特色的軸承鋼和軸承產(chǎn)品體系。

4　軸承鋼未來(lái)可期

據(jù)中國(guó)特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，“十三五”期間，預(yù)計(jì)特鋼協(xié)會(huì)員單位軸承鋼粗鋼產(chǎn)量為1730萬(wàn)噸，較“十二五”期間增長(zhǎng)17.1%。2018年軸承鋼粗鋼產(chǎn)量創(chuàng)歷史Z高紀(jì)錄392萬(wàn)噸。2019年略降至365萬(wàn)噸。2020年前11個(gè)月產(chǎn)量為355.7萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)10.1%。我國(guó)已經(jīng)成為全球Z大的軸承鋼生產(chǎn)國(guó)。雖然從精度來(lái)說(shuō)與國(guó)外存在差距，但我國(guó)軸承鋼在艱難的環(huán)境中殺出了一個(gè)未來(lái)。

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

（來(lái)源：煉鋼技術(shù)）