攻克軸承鋼,中國的高端軸承終于不再受制于人
2019-10-10 09:29:08 作者:本網整理 來源:金屬加工 分享至:

導讀


說起軸承,它幾乎存在于我們生活的每一個角落,我們能想到的大多數機械設備都有它的存在,手機里的振動馬達、電腦散熱風扇,乃至共享單車、洗衣機、天空中的飛機、海里的艦船……凡是旋轉的部分,都需要軸承,是機械設備中不可或缺的核心零部件。


而這小小的軸承看似不起眼,卻也是衡量一個國家科技、工業實力的重要標準,更被視為“高端裝備的關節”。跟許多領域一樣,中國在中低端軸承領域早已是全球最大的生產和銷售基地,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、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,軸承材料的高質量和可靠性是決定性因素。


在滾動軸承的四大組成部分中,除保持器外,內、外套圈、滾動體(滾珠、滾柱或滾針)都是由軸承鋼組成,而軸承鋼素有“鋼中之王”的稱號,是鋼鐵生產中要求最嚴的鋼種。


軸承鋼也有很多種類,根據使用要求的不同,化學成分也不相同,其中高碳鉻軸承鋼占很大的比例,是制造軸承和軸承零件最常用鋼種。


軸承鋼的質量主要取決于以下四個因素:一是鋼中的夾雜物含量、形態、分布和大小;二是鋼中的碳化物含量、形態、分布和大小;三是鋼中的中心疏松縮孔和中心偏析;四是軸承鋼產品性能的一致性。這四個因素可以歸納為純凈度和均勻性指標。


其中,純凈度要求材料中的夾雜物盡量少,純凈度的好壞對軸承的疲勞壽命有直接影響;而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物顆粒細小、彌散,這會影響到軸承制造中熱處理后的變形、組織均勻性等。


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高端軸承鋼中均勻細小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細小碳化物


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(每百萬分之一)來作為氧含量的單位,一般來說8個ppm的鋼就屬于好鋼,而高端軸承所需要的則是5個ppm的頂級鋼。此外,鈦等有害元素等留在鋼中易形成多棱角的夾雜物,會引起局部的應力集中,產生疲勞裂紋,也都是應該要盡力避免的。


目前,隨著鋼的高純凈度冶煉平臺系統的完善,軸承鋼純凈度有了很大的提高,夾雜物水平得到有效控制,國外發達國家的鋼中氧含量已經控制在5ppm以下,所以鋼中碳化物的含量、分布、大小等逐漸變成了當下制約軸承鋼質量的主要因素。


有了軸承鋼,中國的軸承工藝離世界頂尖水平又近了一步


一個國家軸承的需求量與國民生產總值總是保持一定的關系,而軸承鋼的生產能力和水平又是軸承工業發展的關鍵制約因素,因而,工業發達國家歷來都十分重視軸承鋼的生產、質量以及研發工作。


以前,高端軸承鋼的研發、制造與銷售一直被美國、瑞典等國家的軸承巨頭所壟斷,如何獲得純凈度高和均勻度好的頂級好鋼,一直是這些巨頭秘而不宣的核心技術,他們甚至從中國采購低端材質,最后加工成高端軸承,再以數十倍的價格賣到中國市場。


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生產連鑄軸承鋼的連鑄機


很長一段時間內,中國的軸承鋼產量高,但質量水平低,特別在高端軸承鋼方面,與國外先進水平存在很大差距,存在鋼中微量雜質元素含量偏高、氧含量水平高出國際先進水平兩三倍、鋼中碳化物形態均勻性差等問題。


經過十多年的努力,中國已成為軸承鋼生產大國,攻克了諸多軸承鋼生產工藝中的難點問題,比如氧含量控制在≤5ppm的世界先進水平,掌握了其內在質量控制的核心技術。


此外,煉鋼過程中加入稀土,使原本優質的鋼變得更加“堅強”,是解決高端軸承用鋼的技術方向,這類技術原本是世界軸承巨頭們的核心秘密,現在也被中國的科研人員攻克,中國的科學家們將稀土軸承鋼中影響疲勞壽命的大尺寸夾雜物數量減少了50%。


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中國的首批高端稀土軸承鋼順利下線


如今,中國不僅能造出高端軸承鋼,而且在國際市場闖出了名堂,中國的軸承鋼已經供應給瑞典、德國、日本等國,同時高端軸承鋼的疲勞壽命也達到甚至超過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題了,高端軸承研發涉及材料、設計、軸承制造裝備、高精度機械加工、檢測與試驗等一系列技術難題,還需要接觸力學、潤滑理論、摩擦學、疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎研究和交叉學科的支持,高端軸承技術具有極端的復雜性,掌握難度非常之大。


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目前國產軸承,相比于進口高端軸承,在精度、軸承振動、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,都是中國必須要掌握的核心技術,雖然仍有不小的距離需要追趕,但中國在軸承領域已經有了不錯的產業基礎,在可預見的將來,完全有能力趕上世界先進水平。

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