大冶特殊鋼有限公司總工程師  周立新

一、 企業(yè)簡介

大冶特殊鋼有限公司（以下簡稱大冶特鋼）的前身為原冶金工業(yè)部大大冶特鋼廠，是中國現(xiàn)存Z早的鋼鐵企業(yè)之一，棣屬于中信泰富特鋼集團股份有限公司。經(jīng)過近百年的不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為我國裝備Z齊全、生產(chǎn)規(guī)模Z大的特殊鋼生產(chǎn)企業(yè)之一，擁有高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、特種冶煉、特種鍛造、連軋棒材及軋制鋼管等先進裝備，是全球生產(chǎn)規(guī)模Z大、產(chǎn)品規(guī)格覆蓋Z廣的中厚壁無縫鋼管生產(chǎn)基地、我國高合金鋼鍛材生產(chǎn)基地、我國高標(biāo)準(zhǔn)合金鋼棒材生產(chǎn)基地。擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心、湖北省工程技術(shù)中心、高品質(zhì)特殊鋼湖北省重點實驗室，全國石油石化特鋼技術(shù)中心、博士后科研工作站，公司主導(dǎo)產(chǎn)品涉及軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼、工模具鋼、易切削鋼、特種高強鋼、不銹鋼、高溫合金、國防軍工鋼等重點大類，能生產(chǎn)各種棒材、扁材、鍛材、鍛件、中厚壁無縫管等800多種品種、1800多個規(guī)格，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航天航空、艦船、兵器、機械制造、鐵路、汽車、海洋工程、高速交通、石油化工、高壓鍋爐等領(lǐng)域。產(chǎn)品暢銷國內(nèi)，遠銷韓、日、美、東南亞、歐盟、中東、印度、澳大利亞等近50個國家和地區(qū)。2019 年公司生產(chǎn)鋼365 萬噸，鋼材 297 萬噸。其中出口鋼材 65 萬噸，軸承鋼48萬噸。

大冶特鋼近年先后獲得湖北省長江質(zhì)量獎、十八屆全國質(zhì)量獎、第四屆中國工業(yè)大獎表彰獎、2017 年成為工信部批綠色工廠。公司以戰(zhàn)略為導(dǎo)向，堅持推進“兩化融合”， 建成行業(yè)示范效應(yīng)的智能化平臺，兩化融合水平高于同行業(yè) 94.15%的企業(yè)，是全國首批通過兩化融合管理體系認證企業(yè)。2018 年，2 個項目被工信部確定為行業(yè)示范。通過與鋼鐵研究總院、中科院金屬研究所、北京交通大學(xué)等合作，承擔(dān)了 20 余項國家科技攻關(guān)計劃、重點新產(chǎn)品計劃等國家級項目，先后有2個項目獲得工信部強基工程支持。2019 年獲得國家科技進步一等獎；公司作為起草單位承擔(dān)制定、修訂國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)、團體標(biāo)準(zhǔn)19項，參與國家、行業(yè)、團體標(biāo)準(zhǔn) 38 項。截至目前擁有有效專利 205項，其中發(fā)明專利54項。公司實施以“精品+規(guī)模+服務(wù)”為戰(zhàn)略導(dǎo)向的“產(chǎn)、銷、研”協(xié)同聯(lián)動，打造精品品牌。

大冶特鋼自二十世紀(jì)六十年代開始生產(chǎn)軸承鋼，是我國Z早的軸承鋼生產(chǎn)基地之一，生產(chǎn)量Z高時占全國有統(tǒng)計口徑的30%以上。多年來，通過不斷地技術(shù)裝備更新和工藝技術(shù)科研攻關(guān)，以高端精品軸承鋼為代表的系列產(chǎn)品系列無論是品種、技術(shù)、生產(chǎn)、質(zhì)量管控、市場開發(fā)均獲得了冶金行業(yè)內(nèi)令人矚目的成績。其中：

（1）高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼產(chǎn)品已獲得瑞典SKF、德國舍弗勒、日本捷太格特、NTN、美國TIMKEN等世界Z著名軸承企業(yè)的多項產(chǎn)品認證和供貨資格，是國內(nèi)通過品種數(shù)量Z多、材料規(guī)格Z全、尺寸Z大的供應(yīng)商，已通過高碳、中碳、滲碳等系列牌號認可，Z大鍛材規(guī)格達600mm，包括軸承鋼銀亮材，冷拉材、熱軋材、熱鍛材、環(huán)件等。

（2）大冶特鋼是鐵道部鐵路軸承材料的定點供應(yīng)廠家，已經(jīng)連續(xù)供貨30余年，鐵路軸承材料供應(yīng)占其50%以上，穩(wěn)居國內(nèi)位，而且是國內(nèi)Z早同時通過鐵道部客貨兩用軸承材料認可的供應(yīng)商。鐵路用真空脫氣模鑄滲碳軸承鋼在國內(nèi)家通過我國鐵道部門認證認可，開發(fā)的真空脫氣鐵路滲碳軸承鋼SAE8720M通過美國安捷特BRENCO公司認可，訂貨量逐年增加，出口到印度、俄國等國家，填補了國內(nèi)的空白。

（3）大冶特鋼風(fēng)電軸承材料專業(yè)生產(chǎn)線可以生產(chǎn)覆蓋風(fēng)電主軸軸承，增速機軸承、偏航變槳軸承用多個鋼種及型號的高端風(fēng)電軸承鋼，為用戶實現(xiàn)一攬子解決方案，確保在高端風(fēng)電軸承用鋼領(lǐng)域材料流程Z佳、質(zhì)量Z穩(wěn)定及Z佳性價比設(shè)計，全力打造國有風(fēng)電軸承用鋼品牌產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量得到國內(nèi)外知名企業(yè)認證認可，其中高端風(fēng)電鋼球鋼市場份額在80%以上。

大冶特鋼高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼主要生產(chǎn)線如下：

（1）電渣軸承鋼生產(chǎn)線：轉(zhuǎn)爐（電爐）+LF+RH——連鑄或模鑄——電渣重熔——軋制或鍛造成材。

（2）真空脫氣模鑄軸承鋼生產(chǎn)線：電爐+LF+RH——模鑄——軋制或鍛造成材。

（3）真空脫氣連鑄軸承鋼生產(chǎn)線：轉(zhuǎn)爐（電爐）+LF+RH——連鑄——軋制成材。

（4）雙真空特種冶煉軸承鋼生產(chǎn)線：真空感應(yīng)——真空自耗——軋制或鍛造成材。

二、重大技術(shù)和產(chǎn)品突破

1、超純凈度長壽命高碳鉻軸承鋼100Cr6、SUJ2、GGCr15等系列品種開發(fā)及工藝技術(shù)研究

通過鋼水超高純凈冶煉工藝技術(shù)研究及工業(yè)實驗、大顆粒夾雜物檢測方法完善、大方坯軸承鋼連鑄工藝技術(shù)的研究，高碳軸承鋼高溫擴散和分段式控軋控冷碳化?均勻化控制技術(shù)研究，完善和優(yōu)化高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼的冶煉、軋制、熱處理工藝參數(shù)，形成一整套具有自主知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)訣竅的超高純凈軸承鋼材料的生產(chǎn)技術(shù)體系。

通過上述技術(shù)成果應(yīng)用，成功開發(fā)了超高純凈度長壽命高碳鉻軸承鋼100Cr6、SUJ2、GGCr15等系列品種。產(chǎn)品質(zhì)量達到先進水平，滿足氧含量≤6.0ppm，鈦含量≤15ppm，鈣含量≤3ppm，DS≤1.0級，碳化物帶狀≤CZ7.4，網(wǎng)狀≤CZ5.3的標(biāo)準(zhǔn)要求，得到了瑞典SKF、德國舍弗勒等知名軸承制造企業(yè)的認可，并實現(xiàn)了批量供貨。

將鋼坯進行一定時間的高溫擴散是目前改善和消除軸承鋼碳化物帶狀和液析行之有效的方法之一。高溫擴散溫度越高則擴散速度越快，擴散時間越長則擴散效果越好，但是過高的溫度會導(dǎo)致鋼坯過熱或過燒而報廢，過長的時間會增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。公司通過運用ANSYS進行溫度仿真計算出合理的適合大冶特鋼現(xiàn)場生產(chǎn)的自主知識產(chǎn)權(quán)的軋制制度，有效保證了軸承鋼的碳化物均勻性。

圖1  有限元軟件計算溫度場

在熱加工后的冷卻過程中，由于碳在奧氏體中溶解度降低，二次碳化物沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，隨后的淬火不能消除它，保留在鋼中的碳化物網(wǎng)狀會顯著地提高零件的脆性，降低其承受重載荷的能力，使零件亦容易沿晶界開裂破壞。公司利用有限元分析軟件研究軸承鋼控軋控冷工藝溫度場模擬，指導(dǎo)生產(chǎn)軋制過程，開發(fā)了合理的適合大冶特鋼現(xiàn)場生產(chǎn)的自主知識產(chǎn)權(quán)的控軋控冷工藝，確保了產(chǎn)品具有良好的碳化物網(wǎng)狀組織均勻性。

目前，日本、德國、瑞典的軸承鋼等代表了先進水平，大冶特鋼研發(fā)的高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼在殘余元素的控制、純凈度、碳化物均勻性等多項指標(biāo)達到先進水平。指標(biāo)對比見下表。

項目采用進口KOCKS定減徑機控制成品鋼材尺寸，鋼材直徑公差和外觀橢圓度高于國標(biāo)一組精度要求，達到先進水平?？梢詫崿F(xiàn)小數(shù)點規(guī)格訂貨，更利于客戶精確使用，節(jié)省成本。

 2、高標(biāo)準(zhǔn)新型汽車輪轂軸承鋼SAE1055、S55C、65Mn等品種開發(fā)及工藝技術(shù)研究

輪轂軸承是汽車的關(guān)鍵零部件，隨著汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，轎車已經(jīng)廣泛的使用轎車輪轂單元。磨損或損壞的輪轂軸承或輪轂單元會使車輛在行駛的路途中發(fā)生不合適宜的且成本較高的失效，甚至造成安全事故。高性能的原材料是證輪轂軸承安全使用的保障。故要求汽車輪轂軸承要具有較高的潔凈度、組織均勻性及力學(xué)性能。

該項目研究了高潔凈化冶煉技術(shù)，連鑄過程全程保護澆鑄，防止鋼液二次污染技術(shù)，輕壓下降低鋼心部與與邊緣成分偏析程度技術(shù)，內(nèi)控微量元素設(shè)計保障鋼材性能指標(biāo)技術(shù)，采取真空精煉降低鋼中氣體含量技術(shù)。合理的加熱軋制工藝，使鋼材獲得致密均勻的組織技術(shù)。

采用上述技術(shù)，成功開發(fā)高標(biāo)準(zhǔn)新型輪轂軸承鋼S55C、SAE1055、65Mn等系列品種。技術(shù)指標(biāo)達到世界先進水平。得到了世界知名軸承制造業(yè)日本NTN、德國舍弗勒等的認證認可， 并實現(xiàn)了批量供貨。

3、高標(biāo)準(zhǔn)真空脫氣模鑄軸承鋼工藝技術(shù)研究及系列品種開發(fā)

高標(biāo)準(zhǔn)真空脫氣模鑄軸承鋼主要包括風(fēng)電主軸軸承和偏航變槳滾動體用高端軸承鋼100CrMnSi6-4、100Cr6、GCr15SiMn，鐵路用高標(biāo)準(zhǔn)滲碳軸承鋼SAE8720M、SAE8620、G20CrNi2MoAT，以及大型工程機械等領(lǐng)域用高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼。

風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用中技術(shù)Z成熟、Z具規(guī)模化和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。國家十三五戰(zhàn)略規(guī)劃將風(fēng)力發(fā)電定位為我國重點發(fā)展的能源戰(zhàn)略目標(biāo)，同時也是實施我國能源安全的重要舉措之一。風(fēng)電軸承包括從主軸和偏航變槳所用的軸承，到齒輪箱和發(fā)電機用的高速軸承。由于風(fēng)場大多坐落于高山、沙漠、海洋離岸，自然環(huán)境惡劣、運行環(huán)境復(fù)雜多變、安裝及維修維護不便，因此對軸承零件的質(zhì)量要求非?？量?。不但要求軸承具有足夠的強度和承載能力，還要求壽命不低于20年。風(fēng)電主軸、偏航、變槳、齒輪箱、發(fā)電機用的高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼材料作為風(fēng)電關(guān)鍵部件材料，其質(zhì)量尤為重要，是保證風(fēng)電機組在惡劣環(huán)境下長時間正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素之一。這就對鋼材提出了高的?求，既要有高的純凈度也必須有高的組織均勻性和致密性。

國內(nèi)鐵路軸承鋼主要采用電渣工藝生產(chǎn)，但是國外已經(jīng)采用真空脫氣模鑄工藝生產(chǎn)，為此高端模鑄鐵路軸承鋼的開發(fā)迫在眉睫。

該項目研究開發(fā)了Z新高標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)電軸承鋼、鐵路軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)技術(shù)，包括下渣檢測、渣系再造技術(shù)、過程氣體測量、可控量化澆鑄技術(shù)、自主開發(fā)并運用全封閉氬封保護技術(shù)、軋制大壓下技術(shù)、碳化物均勻化控制技術(shù)及分段式控軋控冷技術(shù)等。

項目開發(fā)的渣系再造技術(shù)，即電爐（轉(zhuǎn)爐）出鋼扒渣工藝，是生產(chǎn)過程增加的一個全新的工藝流程，通過大量的試驗及摸索，渣系配比、脫氧工藝、成分調(diào)整時機等工藝參數(shù)的優(yōu)化，使得扒渣工藝符合我公司現(xiàn)場生產(chǎn)操作。通過分析：運用扒渣工藝，軸承鋼氧含量下降明顯，下降超出1.0ppm；另外Ti含量的控制也更穩(wěn)定，比未扒渣的工藝降低近3ppm，從而更進一步降低TiN夾雜物的形成幾率，達到提升鋼水純進度的目的。另外，自主開發(fā)的氬氣全封閉保護澆注技術(shù)防止了鋼水的二次氧化污染。

采用上述技術(shù)成果成功開發(fā)了系列高標(biāo)準(zhǔn)真空脫氣模鑄風(fēng)電軸承鋼100CrMnSi6-4、100Cr6、GCr15SiMn等品種，其中：高碳鋼平均氧含量達到4.75ppm，平均Ti含量達到10.8ppm，組織致密，微觀夾雜物級別低；滿足高標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)電軸承鋼要求。產(chǎn)品實物質(zhì)量達到先進水平。風(fēng)電軸承鋼得到國內(nèi)外知名企業(yè)認可，并實現(xiàn)批量供貨，高端滾動體軸承鋼品種占國內(nèi)80%以上的市場份額。

采用上述技術(shù)成果成功開發(fā)了系列高標(biāo)準(zhǔn)真空脫氣模鑄鐵路軸承鋼SAE8720M、SAE8620等品種，其中：滲碳軸承鋼平均氧含量達到5.3ppm，平均Ti含量達到12.5ppm，晶粒度達到8級，組織致密，微觀夾雜物級別低，淬透性控制穩(wěn)定。滿足高標(biāo)準(zhǔn)鐵路軸承鋼要求。產(chǎn)品實物質(zhì)量達到先進水平。鐵路用滲碳軸承鋼在國內(nèi)得到北美Brenco等知名軸承制造企業(yè)的認證認可，并實現(xiàn)了批量的供貨。同時開發(fā)的國內(nèi)鐵路貨車用鋼G20CrNi2MoAT得到了鐵道部門的認證認可。

將歐洲某企業(yè)軸承鋼與大冶特鋼模鑄高碳鉻軸承鋼夾雜物用ASPEX對比分析（50mm2面積上不同大小夾雜物個數(shù)對比情況），大冶特鋼生產(chǎn)的模鑄鋼球用鋼技術(shù)指標(biāo)達到先進水平，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

4、高標(biāo)準(zhǔn)電渣軸承鋼工藝技術(shù)研究及系列品種開發(fā)

大冶特鋼高端電渣軸承鋼開發(fā)品種主要包括：高速鐵路用電渣軸承鋼GCr15、G20CrNi2MoA、GCr18Mo、大型盾構(gòu)機用電渣軸承鋼42CrMoE、GCr15SiMn、大型工程機械用電渣軸承鋼G20Cr2Ni4、軍用等領(lǐng)域高端軸承鋼等。大型盾構(gòu)機用軸承鋼Z大可生產(chǎn)到20T電渣鋼錠，大冶特鋼在國內(nèi)Z早開發(fā)電渣鐵路軸承鋼G20CrNi2MoA、GCr15、GCr18Mo和軍用電渣軸承鋼，產(chǎn)品質(zhì)量達到世界先進水平，國內(nèi)Z優(yōu)，近年來經(jīng)過不斷地工藝優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升。一直保持國內(nèi)50%以上的市場份額。

盾構(gòu)機是一種應(yīng)用于隧道掘進施工的工程機械，盾構(gòu)機主軸承是盾構(gòu)機的關(guān)鍵部件，承擔(dān)著盾構(gòu)機運轉(zhuǎn)過程的主要載荷，其工作環(huán)境惡劣，主軸承要承受高速旋轉(zhuǎn)、巨大載荷和強烈溫升，因此其壽命和可靠性直接影響盾構(gòu)機的施工安全。目前全部依賴進口。大冶特鋼在國內(nèi)率先開發(fā)了盾構(gòu)機主軸用電渣軸承鋼，Z大鋼錠到達20噸，在洛軸應(yīng)用試驗中完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

項目針對軸承鋼的成分特點，開展了系列的工藝技術(shù)研究，提出了多組電渣重熔用渣系成分，對渣系熔化溫度、粘度、密度光學(xué)、堿度、電導(dǎo)率等特性進行了計算或測試，并進行定量金相分析。同時采用全封閉式的惰性氣體保護電渣爐進行電渣重熔，有效防止重熔渣吸氧。經(jīng)過電渣重熔后的鋼錠中夾雜物的數(shù)量及尺寸均有明顯的下降，夾雜物的面積百分比較原始電極中下降50%以上。大冶特鋼電渣軸承鋼熔煉應(yīng)用惰性氣體保護，恒熔速控制，防止成分燒損，成分波動小；電渣鋼成分均勻、組織致密、純凈度高。

通過系列新工藝技術(shù)的應(yīng)用，開發(fā)的高端電渣軸承鋼，高碳鋼氧含量達到10ppm以內(nèi)，非金屬夾雜物A粗不大于0.5級，Ds不大于0.5級，按SEP1927標(biāo)準(zhǔn)高頻探傷檢測，缺陷為0，碳化物帶狀不大于2.0級，低倍組織致密均勻；中碳和滲碳軸承鋼氧含量達到12ppm以內(nèi)，非金屬夾雜物A粗不大于0.5級，Ds不大于0.5級，按SEP1927標(biāo)準(zhǔn)高頻探傷檢測，缺陷為0，低倍組織致密均勻。

連鑄、模鑄、電渣不同冶煉工藝軸承鋼低倍組織對比如下圖，電渣鋼組織更加均勻致密。低倍組織均勻性致密性好，按國標(biāo)評級：按國標(biāo)檢測一般疏松、中心疏松、偏析均0.5級以下，零件熱處理變形小。塔型和高頻探傷檢測，電渣鋼均為0。材料穩(wěn)定性更好。

選高碳GCr15電渣鋼、滲碳G20CrNI2MoA電渣鋼在同等的條件下與真空脫氣模鑄鋼進行力學(xué)性能沖擊韌性試驗。電渣鋼耐沖擊韌性明顯優(yōu)于真空脫氣模鑄鋼。

試樣要求：對高碳鉻軸承鋼進行室溫沖擊測試，樣品規(guī)格55×10×10mm，無缺口縱向取樣，測試溫度23℃，試樣熱處理制度：840℃×30min，油冷 + 170℃×3h空冷；對滲碳軸承鋼進行室溫沖擊測試，樣品規(guī)格55×10×10mm，U型缺口，缺口深度2mm，縱向取樣，測試溫度23℃。熱處理工藝：880℃×30min，油冷 + 180℃×2h空冷 + 805℃×30min，油冷 + 200℃×2h空冷。檢測單位鋼研總院。實驗結(jié)果如下：

鋼材疲勞壽命是檢測鋼材綜合性能的Z有效的方法之一，我們將本項目開發(fā)的高品質(zhì)軸承鋼在洛陽軸研所進行疲勞試驗，在4.5Gpa的應(yīng)力室溫的條件下，發(fā)現(xiàn)該項目開發(fā)的真空脫氣高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼和電渣軸承鋼疲勞壽命高于知名軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)。同時，開發(fā)的高標(biāo)準(zhǔn)電渣軸承鋼疲勞壽命更優(yōu)于真空脫氣鋼。

三、后期開發(fā)計劃

(1)持續(xù)開展高標(biāo)準(zhǔn)連鑄、模鑄、電渣軸承鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)研究，為我國軸承制造企業(yè)提供更優(yōu)質(zhì)的軸承鋼材料；

(2)開展高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼全流程質(zhì)量管控、深入推進“零缺陷”理念，為客戶提供高穩(wěn)定性的軸承鋼材料；

(3)開發(fā)超純凈超均勻超大規(guī)格真空脫氣模鑄和電渣軸承鋼材料，適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求；

(4)開發(fā)航天航空等極端環(huán)境用軸承鋼材料；

(5)開發(fā)高性能高性價比軸承鋼新材料。

（來源：中國軸承工業(yè)協(xié)會）