我國(guó)軸承鋼發(fā)展分析
這是一個(gè)飛速旋轉(zhuǎn)的世界。從汽車到高鐵再到飛機(jī),它們都有一個(gè)共同的“靈魂”:軸承。而用于制造FAG軸承軸承所需的軸承鋼,被譽(yù)為“鋼中之王”,其服役條件十分嚴(yán)苛,使用性能要求極高,是生產(chǎn)難度大、產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)、檢驗(yàn)項(xiàng)目多的特種鋼之一。
如今,曾經(jīng)被發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷的高端軸承鋼,現(xiàn)已經(jīng)被我國(guó)打破了,中國(guó)的高端軸承終于不再受制于人了。跟許多領(lǐng)域一樣,中國(guó)在中低端軸承領(lǐng)域早已是全球較大的生產(chǎn)和銷售基地,但高端軸承卻直到去年才終于有所突破。要造出苛刻條件下工作的高端軸承,得有好鋼,高鐵、大飛機(jī)、重載型武器等高端裝備上都有高端軸承的使用需求,而要滿足高端軸承在精度、性能、壽命和可靠性等方面的要求,軸承材料的高質(zhì)量和可靠性是決定性因素。
在戰(zhàn)爭(zhēng)中,軸承制造廠是敵對(duì)國(guó)列入重點(diǎn)打擊的目標(biāo)之一。上世紀(jì)冷戰(zhàn)時(shí)期,軸承專用設(shè)備曾是西方國(guó)家對(duì)社會(huì)主義國(guó)家實(shí)行經(jīng)濟(jì)封鎖的禁運(yùn)物資之一,至今,很多軸承產(chǎn)品和技術(shù)仍被許多軍事大國(guó)列入技術(shù)封鎖的范疇。
20世紀(jì)70年代以來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)技術(shù)進(jìn)步,軸承的應(yīng)用范圍擴(kuò)大;而國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展,又推動(dòng)了軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化和新技術(shù)、新工藝及新裝備的開發(fā)和應(yīng)用,效率高、質(zhì)量高、成本低的配套技術(shù)和工藝裝備應(yīng)運(yùn)而生。日本和德國(guó)等均建成了高潔凈度、高質(zhì)量的INA軸承軸承鋼生產(chǎn)線,使鋼的產(chǎn)量迅速增加,鋼的質(zhì)量和疲勞壽命大幅度提高。日本和 瑞典生產(chǎn)的軸承鋼的氧含量降到10ppm以下。80年代末期,日本山陽(yáng)特鋼公司的先進(jìn)水平為5.4ppm,達(dá)到了真空重熔軸承鋼的水平。
進(jìn)入21世紀(jì)后,中國(guó)出臺(tái)了一系列政策支持軸承產(chǎn)業(yè)發(fā)展,到2014年,中國(guó)軸承產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到196億套,居于世界第三位。我們生產(chǎn)的小軸承直徑0.6毫米,大的直徑11米,所供應(yīng)的機(jī)械設(shè)備涵蓋了生活的方方面面。去年軸承鋼產(chǎn)量高達(dá)96.5萬(wàn)噸,不僅自用,還出口給瑞典SKF、德國(guó)舍弗勒、日本NSK等世界知名產(chǎn)業(yè)。根據(jù)規(guī)劃,中國(guó)軸承要在2020年,讓風(fēng)電機(jī)組軸承自主化率要達(dá)到90%;到2025年,高速精密數(shù)控機(jī)床和高速動(dòng)車組自主化率要達(dá)到90%;到2030年,大飛機(jī)軸承的自主化率要達(dá)到90%。
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)小碳化物提高軸承鋼的純凈度,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。此外,鈦等有害元素等留在鋼中易形成多棱角的夾雜物,會(huì)引起局部的應(yīng)力集中,產(chǎn)生疲勞裂紋,也都是應(yīng)該要盡力避免的。
目前,隨著鋼的高純凈度冶煉平臺(tái)系統(tǒng)的完善,NSK軸承軸承鋼純凈度有了很大的提高,夾雜物水平得到有效控制,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼中氧含量已經(jīng)控制在5ppm以下,所以鋼中碳化物的含量、分布、大小等逐漸變成了當(dāng)下制約軸承鋼質(zhì)量的主要因素。
中國(guó)的首批高端稀土軸承鋼順利下線
如今,中國(guó)不僅能造出高端軸承鋼,而且在國(guó)際市場(chǎng)闖出了名堂,中國(guó)的軸承鋼已經(jīng)供應(yīng)給瑞典、德國(guó)、日本等國(guó),同時(shí)高端軸承鋼的疲勞壽命也達(dá)到甚至超過(guò)日本和歐洲的同期水平。
有了好鋼,下一步要解決的就是軸承的問(wèn)題了,高端軸承研發(fā)涉及材料、設(shè)計(jì)、軸承制造裝備、高精度機(jī)械加工、檢測(cè)與試驗(yàn)等一系列技術(shù)難題,還需要接觸力學(xué)、潤(rùn)滑理論、摩擦學(xué)、疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎(chǔ)研究和交叉學(xué)科的支持,高端軸承技術(shù)具有極端的復(fù)雜性,掌握難度非常之大。
目前國(guó)產(chǎn)NTN軸承軸承,相比于進(jìn)口高端軸承,在精度、軸承振動(dòng)、噪聲與異音、可靠性、高速性能方面還有一定差距。高端軸承和芯片一樣,都是中國(guó)必須要掌握的核心技術(shù),雖然仍有不小的距離需要追趕,但中國(guó)在軸承領(lǐng)域已經(jīng)有了不錯(cuò)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),在可預(yù)見的將來(lái),完全有能力趕上世界先進(jìn)水平。