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      打破國外巨頭技術壟斷!"鋼中之王",它來了!

      作為鋼鐵生產業中要求最為嚴格的鋼種,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最低,一直是我國鋼鐵企業面臨的難題。


      西北工業大學材料學院劉東教授和其團隊研發的強力旋軋技術(PTR),打破國外巨頭技術壟斷,突破我國軸承鋼“卡脖子”技術,破解行業難題。


      解決軸承鋼碳化物含量?

      軸承鋼的質量如何提升?一是內部足夠純凈,夾雜物質越少越好;二是足夠均勻,材料內的顆粒物盡量細小、彌散。劉東教授介紹,"令人遺憾的是,一直以來,我國所生產的軸承鋼質量與國際先進水平有較大差距。以夾雜物為例,國外產品夾雜物尺寸完全小于等于10μm,而國內最大粒徑達到50~52μm,大小相差五倍之多 ?!?/span>

      經過我們國家幾十年的努力,氧含量、夾雜物、偏析等技術問題已經得到有效解決。行業中最后一個老大難——碳化物,被劉東教授團隊攻克。


      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,就會嚴重影響質量。劉東教授解釋說“就像揉面的時候撒了一把鹽,要是面沒有揉碎揉勻,那么面里就都是又咸又硬的疙瘩?!薄白岥}更細小均勻的分布在面里”就是劉東教授和團隊追求的目標。


      目前,通過PTR技術改性后的軸承鋼已在多個項目中得到運用。實驗室數據顯示,運用強力旋軋(PTR)技術,晶粒尺寸由原來的50μm細化至10μm,碳化物尺寸僅為原先的1/10。首次將100年來,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,采用該技術后軸承壽命和可靠性得到大幅度提高,平均壽命達到計算壽命的26倍,可靠性達99.9%。


      但是,在軸承鋼領域,如何縮短與國外技術的差距,我們還有很長的路要走。


      鐵姆肯如何提高純度?

      軸承鋼的核心問題是提高純凈度,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。

      1. 煉鋼技術是軸承鋼純度的核心

      目前高速鋼、工模具鋼連鑄技術在國內工業化生產基本屬于空白,且這些高品質特殊鋼連鑄容易產生拉漏、產品易斷裂及產生裂紋,成功率較低。雖然國內少數企業嘗試過水平連鑄和弧形圓坯連鑄進行工模具鋼的試制,但效果并不理想。鐵姆肯使用的Jumbo Bloom 立式連鑄機完美解決了這類高品質鋼在連鑄過程中產生的各類問題。


      澆鑄和鑄坯凝固全部過程都是在垂直狀態中進行的連續鑄鋼類型。這種連鑄的中間罐、結晶器、二冷區、拉矯機、切割設備以及接受定尺鑄坯等一系列設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 

      這是鐵姆肯最引以為傲的熱處理工藝,熱處理過程中,使用特殊熔爐對內圈、滾子外部加熱,使部件表面滲入碳。由此產生的高碳外表層非常堅硬且耐磨,同時芯部的低碳鋼相對較軟,這種外硬內軟的特性使軸承部件面對沖擊負荷時更具韌性。


      尋找軸承鋼短板?

      近年來,瓦軸通過與瑞典奧沃科、美國鐵姆肯及日本山陽等主要的國外軸承鋼生產企業開展技術交流,對其生產過程、質量要求有較詳細的了解,也對其實物水平進行了檢測評價。

      表1-表5列舉了瓦軸與國外某知名軸承制造企業主要技術指標的對比,從標準上看,瓦軸所用軸承鋼與國外知名公司產品相比,技術指標要求并沒有太大差異,甚至對一些指標,如有害元素及夾雜物的要求更高??梢赃@樣理解,實際上,國外企業對軸承鋼冶煉制造過程更為關注,鋼材冶煉加工是一個大而全的生產過程,諸多工藝過程每一個細小的制造環節都會對質量產生致命影響,而這些通過有限的幾個試樣檢測無法真實全面體現。所以,針對專有產品進行裝備、產線和工藝的固化,始終如一的過程控制是質量的根本保證,因此,國外軸承鋼的實物水平遠高于其標準要求。

      隨著我國軸承鋼實物質量和軸承行業質量需求的提高,標準也在不斷修訂和提升水平,目前執行的軸承鋼標準主要有: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《軸承鋼碾軋環件及毛坯》、GB/T28417-2012《碳素軸承鋼》、GB/T29913-2013《風力發電設備用軸承鋼》、GB/T18579-2001《高碳鉻軸承鋼絲》、YB/T4146-2006《無縫軸承鋼鋼管》等。應用領域既有通用軸承領域,也有風電、汽車、軌道交通、航空航天等專用領域。其中,GB/T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》是軸承鋼中使用最為廣泛,同時也是被行業公認為具有國際先進水平的標準之一。


      值得一提的是,中信特鋼的子公司興澄特鋼,已經發展成為軸承鋼產銷量世界第一的特鋼企業,其生產的高檔軸承鋼大批量向瑞典斯凱孚、德國舍弗勒、日本NSK等世界著名軸承公司供貨,產品冶金質量已達到國際領先水平。


      但是我國在軸承鋼成分設計、產品系列化、標準化等方面與國外還存在較大差距,如品種、牌號單一,針對不同應用領域沒有對產品進行系列化細分等。另外,由于從原材料設計到軸承制造再到應用,整個過程周期長、費用高、風險大,導致試驗性和開創性的工作不多,無法打造適合自己的具有中國特色的軸承鋼和軸承產品體系。


      軸承鋼未來可期

      據中國特鋼企業協會統計,“十三五”期間,預計特鋼協會員單位軸承鋼粗鋼產量為1730萬噸,較“十二五”期間增長17.1%。2018年軸承鋼粗鋼產量創歷史最高紀錄392萬噸。2019年略降至365萬噸。2020年前11個月產量為355.7萬噸,同比增長10.1%。我國已經成為全球最大的軸承鋼生產國。雖然從精度來說與國外存在差距,但我國軸承鋼在艱難的環境中殺出了一個未來。


      工業的比較并不是比一個軸承鋼的精度,也不是比一個成功的案例,而是一整套工序下來完成的產品和配套的設備與技術,這也是我國軸承鋼未來的發展之路。

      (來源:金屬加工)



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