中國高端軸承迎來突破,核心技術仍有短板,微差距消減為何這樣難

"廠裏用的平面軸承,德國進口。一組三萬,就這,難道國內就做不出來嗎。"一句話,2副圖,一石激起千層浪,迎來了2300多評論,一副軸承為何引起如此熱烈討論?
中國高端軸承迎來突破,核心技術仍有短板,微差距消減為何這樣難
"高端軸承依賴進口,為什麼我們自己造不出來?",其實2000後,我國就出台了一系列政策支持軸承產業發展,到2014年的時候,中國軸承產量已經達到196億套,居於世界第三位。我們生產的最小軸承直徑0.6毫米,最大的直徑11米,所供應的機械設備涵蓋了生活的方方面面。
中國高端軸承迎來突破,核心技術仍有短板,微差距消減為何這樣難
國產的軸承的尺寸偏差和旋轉精度雖然和進口軸承已經非常的接近。但是與德國進口軸承在離散度上還有一定的差距。國外早已開始研究和應用"不可重複跳動"這樣精細的旋轉精度指標,而中國在此方面的研究還是空白。
從軸承大國向強國轉變,核心技術在突破,全面超越仍努力
"凡是旋轉的部分,都需要軸承",作為機械設備中不可或缺的核心零部件,軸承支撐機械旋轉體,降低其摩擦係數,並保證其迴轉精度。
中國軸承鋼產量更是連續8年位居世界第一,2018年軸承鋼產量高達96.5萬噸,不僅自用,還出口給瑞典SKF、德國舍弗勒、日本NSK等世界知名產業。
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以發動機中的軸承為例,它一直在"煉獄"中工作——它不僅要以每分鐘上萬轉的速度長時間高速運轉,還要承受着各種形式的應力擠壓、摩擦與超高温。這對軸承的精度、性能、壽命和可靠性提出了高要求,而決定這四點的關鍵因素,其中重要一個因素在於其材質。
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"
中科院山東技術轉化中心常務副主任王東昇在調研了東三省、浙江、山東等五六個省份之後,找到了答案:最大的問題出在材質上,'沒有好鋼,永遠造不出高端軸承'。"
這裏説的"好鋼"主要是指:高碳鉻軸承鋼(GCr15等)、滲碳軸承鋼(G20CrMo等)、高温軸承鋼(9Cr18等)、不鏽鋼軸承鋼(FCrSiWV等),根據化學成分不同分別有硬度高、抗衝擊、抗腐蝕、耐高温等特性,分別用於不同場景。
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世界上最大的滾動軸承是中國建造的海上巨型風機SL500的發電機底座軸承,直徑有兩層樓高,加工精度不超過6微米,相當於頭髮絲的1/12。
遺憾的是,雖然我國的制軸工藝已經接近世界頂尖水平,但材質——也就是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。很多海外軸承巨頭從我國採購軸承鋼回去,生產出高端軸承再高價賣給我們。秘訣就是在於軸承鋼精煉技術和軸承的加工工藝上。
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軸承鋼的質量主要取決於以下四個因素:一是鋼中的夾雜物含量、形態、分佈和大小;二是鋼中的碳化物含量、形態、分佈和大小;三是鋼中的中心疏鬆縮孔和中心偏析;四是軸承鋼產品性能的一致性。這四個因素可以歸納為純淨度和均勻性指標。
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其中,純淨度要求材料中的夾雜物儘量少,純淨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,這會影響到軸承製造中熱處理後的變形、組織均勻性等。
"PPM"在鍊鋼中是氧含量的單位,意指百萬分率或百萬分之幾。中科院金屬研究所專家告訴科技日報記者,一般而言,在鋼鐵行業,8個PPM的鋼屬於好鋼;5個PPM的鋼屬於頂級鋼,正是高端軸承所需要的。高端軸承用鋼的研發、製造與銷售基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。
前幾年,他們分別在山東煙台、濟南建立基地,採購中國的低端材質,運用他們的核心技術做成高端軸承,以十倍的價格賣給中國市場。
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終於我們迎來了突破,高端軸承製造最為基礎且艱難的兩大工藝就是原材料和加工工藝。目前中國在高端軸承原材料的鋼材製造上,已經生產出了氧含量5ppm以下的頂級鋼,稀土的加入就是中國高端軸承鋼突破的核心。
在軸承製造的工藝上,中國科研團隊在2011年也已經展開相關研究,如今已經積累豐富的經驗和數據基礎。中國洛陽軸承廠所製造的高鐵軸承,在250至300公里的時速上完成了長達120萬公里的上車試驗,標誌着中國高鐵軸承的國產化迎來了重大突破,在高鐵所用的高端軸承上,我們差距逐漸減小。
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然而世界軸承技術的發展非常迅速,材料上的差異越來越小,有了好鋼我們造高端軸承還是有壓力。中國軸承行業目前製造的直徑在0.6毫米左右的高端軸承,其使用壽命達到了設計壽命的三到五倍,可靠性在96%左右。而同種類大小的國外高端軸承整體性能更加優異,其使用壽命往往可以達到設計壽命的8倍以上,同時可靠性也高達98%。這也是中國大部分高端機械設備領域發展受限的主要原因。
大國神器需求更多,高端軸承和特種鋼全面突破,還要做好人才培養。
鍊鋼過程中加入稀土,就能使原本優質的鋼變得更加"堅強"。但怎麼加,加多少,什麼時候加,這是世界軸承巨頭們的核心秘密。
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前一階段,中科院金屬所材料加工模擬研究團隊開發了商用稀土合金的純淨化製備技術和稀土在鋼中特殊加入技術,從而突破了稀土在鋼中進行工業化應用的技術瓶頸,實現了在鋼中添加稀土後的工藝順行和性能穩定。
但是再重點項目、重點設備上我們有了自主的高端軸承,民用領域還是差距巨大。文首提到的平面軸承進口的壽命長、可靠性高、靜音,即使高價格,一般企業為了維護成本也願意使用。對於數控機牀、加工中心等P4及以上級國內需求的一半以上都依賴進口。
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這是為什麼呢?
1.)軸承配件加工質量差異
國內外大量試驗表明:保持架、套圈、鋼球的加工質量對軸承振動具有不同程度的影響。其中鋼球的加工質量對軸承振動影響最明顯,其次是套圈的加工質量,最主要影響因素是鋼球和套圈的圓度、波紋度、表面粗糙度、表面磕碰傷等。
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資深行業人士分析:"鋼球在機加工有一核心,不怕減料怕偷工。偷工比減料更加難防。車削和磨削,每進階一次要回火回爐一次,加熱釋放內部應力。這個工藝越慢越繁雜越好。這個在後期檢驗環節通過各種儀器是根本檢驗不出來的。回一次火和回十次火後期檢測是無法得知的。但這個就決定了軸承在以後運行的精度和壽命。日德在工藝環節和用材用料環節絕對不會暗箱操作就憑這一點就能賣高價"
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2)工業技術的差距。
軸承技術工人,乃至工程師收入不高,工作動力較低,這是我國機械製造業的一個現實。大多小微軸承工廠、軸承公司沒有高質量技術人員,只能生產一些沒有競爭力的低端軸承產品。
當然還有精煉高端軸承鋼產量不足、生產設備差距較大等其他問題。但是隨着高端軸承應用的迅猛增長,作為航空發動機的關鍵基礎零部件,其代表性鋼種為耐500℃的高強耐蝕軸承鋼CSS-42L和耐350℃高氮不鏽軸承鋼X30(Cronidur30)我國暫時是空白。
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這就需要我們加大投入、加強技術人才培養、加快"工業母機"的研發推廣,形成全面發展的良性循環。很多網友們分析了國產軸承和進口軸承的區別,但是歸根到底要突破就只有兩條路:加強基礎科學研究、加快全面建成技術人才培養和成長體系。因為其實只有微小的差距,接下來只能靠耐心和細心。
總結
回顧中國軸承工業的發展,始建於1938年的瓦房店軸承集團有限責任公司(以下簡稱"瓦軸"),是中國軸承工業的發源地,是中國最大的軸承製造企業。而後由此逐漸建立的洛陽、江蘇、浙江和聊城五大軸承基地逐漸形成產業聚集。隨着我國在高端軸承鋼和加工工藝上不斷突破,我們究竟處於什麼樣的地位?又將如何繼續突破?請看西瓜視頻創作人"國器"《
高端軸承終迎突破!高鐵關鍵部件實現國產,中國洛陽軸承功不可沒
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