本文從我國軸承和軸承鋼的進(jìn)出口情況出發(fā)，闡述了我國軸承鋼在市場(chǎng)已經(jīng)彰顯競(jìng)爭實(shí)力，特鋼企業(yè)直接出口至國外和在國內(nèi)的國外軸承企業(yè)的軸承鋼近百萬噸；相比之下，中國雖然生產(chǎn)全球Z多的軸承，但是對(duì)市場(chǎng)的影響力較弱，我國軸承行業(yè)的發(fā)展亟待提速。此外，本文從國外軸承企業(yè)在原料使用方面的策略以及同類產(chǎn)品實(shí)物對(duì)比的結(jié)果等不同角度指出了我國軸承制造業(yè)出現(xiàn)技術(shù)瓶頸的根本原因，闡明了在哪些方面與國外高端軸承存在差距，并提出了縮小差距、突破技術(shù)瓶頸的切實(shí)可行的建議。

1　中國高端軸承制造究竟卡在何處

國內(nèi)媒體在提到中國“卡脖子”技術(shù)時(shí)，將軸承鋼列為我國“卡脖子”技術(shù)之一。這一說法有失偏頗，不利于政府決策和行業(yè)部門組織技術(shù)攻關(guān)。我國現(xiàn)階段在航空、高鐵、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、空調(diào)器、精密機(jī)械、大型軋機(jī)和盾構(gòu)機(jī)等產(chǎn)業(yè)所用高端軸承確實(shí)主要依賴進(jìn)口，這是由于國產(chǎn)軸承的實(shí)物質(zhì)量與日本、德國、美國和瑞典等國相比差距很大，突出表現(xiàn)在其壽命和可靠性等方面落后很多。但是高端軸承國產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸是否就是軸承用鋼不過關(guān)，可以從軸承和軸承鋼的進(jìn)出口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中窺得一二。

1.1我國軸承行業(yè)對(duì)市場(chǎng)的影響力較弱

首先是軸承的進(jìn)出口情況。根據(jù)中國軸承工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，中國生產(chǎn)的軸承件、套數(shù)約占全球的一半，世界主要軸承生產(chǎn)國，除中國外，還有日本、德國、瑞典和美國等，其中，日本有NSK、NTN、NMB、IKO、EKI，德國有舍弗勒（Schaeffler，旗下三大品牌FAG、INA和LuK），瑞典有斯凱孚（SKF），美國有鐵姆肯（TIMKEN），都是世界知名軸承制造企業(yè)。2019年中國軸承規(guī)模以上（銷售額大于2000萬元）企業(yè)營業(yè)收入為1770億元，去除外資企業(yè)營業(yè)收入約440億元，中國內(nèi)資企業(yè)的軸承業(yè)務(wù)收入約為1330億元，折合約190億美元，約占世界軸承銷售總額的24%；2019年世界軸承業(yè)務(wù)收入估計(jì)約為800億美元，去除中國市場(chǎng)仍有610億美元的市場(chǎng)；而當(dāng)年我國軸承出口（含外資出口）53.21億美元，僅占世界外部市場(chǎng)的8.7%；如果再去除外資企業(yè)在中國設(shè)廠的出口，真正國內(nèi)軸承企業(yè)出口占世界外部市場(chǎng)的比例將會(huì)更低。2019年德國舍弗勒（Schaeffler）全球銷售額達(dá)到114.27億歐元，瑞典斯凱孚（SKF）全球銷售額為860.13億克朗。中國雖然生產(chǎn)全球Z多的軸承，但是年?duì)I業(yè)收入僅與舍弗勒或斯凱孚一家軸承企業(yè)的水平相當(dāng)。從出口金額占比和營業(yè)收入水平看，我國軸承行業(yè)對(duì)全球軸承產(chǎn)業(yè)而言幾乎無足輕重，再加上中高端產(chǎn)品基本沒有競(jìng)爭力，我國軸承行業(yè)的發(fā)展亟需提速。

1.2我國軸承鋼進(jìn)出口量對(duì)比及其原因

再來看軸承鋼的進(jìn)出口情況。海關(guān)統(tǒng)計(jì)的2014-2016年內(nèi)的棒材進(jìn)口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年全國進(jìn)口軸承鋼僅1.57萬噸，這其中1.54萬噸其實(shí)是日本在國內(nèi)的軸承企業(yè)從日本關(guān)聯(lián)鋼廠進(jìn)口的，也就是說，國內(nèi)企業(yè)真正從國外進(jìn)口的軸承鋼才數(shù)百噸。此后，盡管沒有獲得詳細(xì)的海關(guān)進(jìn)口數(shù)據(jù)，但據(jù)相關(guān)部門估計(jì)，目前軸承鋼棒材進(jìn)口量每年也僅為3-4萬噸。反觀我國軸承鋼的出口，包括興澄、大冶、寶鋼、石鋼等特鋼企業(yè)直接出口至國外和在國內(nèi)的國外軸承企業(yè)的軸承鋼目前近百萬噸，且呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢(shì)，這些用戶包括斯凱孚、舍弗勒、NTN等世界頂級(jí)軸承制造商。

如果說阻礙中國軸承質(zhì)量提高的瓶頸在于軸承鋼，那為什么中國的軸承企業(yè)不進(jìn)口國外的高質(zhì)量軸承鋼，進(jìn)而生產(chǎn)出與國外斯凱孚、舍弗勒類似質(zhì)量的軸承？為什么中國的軸承鋼反而又大量出口到國外知名軸承企業(yè)？

答案是顯然的，因?yàn)橹袊鴩鴥?nèi)軸承企業(yè)所生產(chǎn)的軸承長期以來質(zhì)量、可靠性方面較外資品牌差距較大，售價(jià)也低很多。如此發(fā)展的結(jié)果是，國內(nèi)軸承企業(yè)只有通過進(jìn)一步壓低成本和售價(jià)來占據(jù)市場(chǎng)，導(dǎo)致該行業(yè)出現(xiàn)因利潤微薄而無法通過技術(shù)升級(jí)進(jìn)行換血再造、品牌建設(shè)的惡性循環(huán)；同時(shí)，國內(nèi)特鋼企業(yè)也更愿意將經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)的高質(zhì)量軸承鋼以較高的價(jià)格出售給外資企業(yè)。

2　如何克服高端軸承國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)

2.1借鑒國外先進(jìn)軸承企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，找到技術(shù)瓶頸

對(duì)于如何克服高端軸承國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)，首先要實(shí)事求是地找到國產(chǎn)化的技術(shù)瓶頸。軸承作為工業(yè)制造的基本零部件，其壽命和可靠性依賴于設(shè)計(jì)、制造裝配、熱處理、潤滑和?料等諸多環(huán)節(jié)，軸承鋼只是其中一環(huán)。事實(shí)上，斯凱孚、舍弗勒等國外軸承企業(yè)購買中國的軸承鋼時(shí)，一是要提出遠(yuǎn)超過國標(biāo)的額外技術(shù)指標(biāo)要求；二是各企業(yè)會(huì)對(duì)采購的軸承鋼進(jìn)行質(zhì)量評(píng)級(jí)，根據(jù)評(píng)級(jí)來確定不同質(zhì)量級(jí)別對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。而這些對(duì)軸承鋼的檢驗(yàn)、檢測(cè)的要求、方法和如何評(píng)價(jià)是通過自身長期的實(shí)踐和知識(shí)積累而來的。我國軸承企業(yè)和很多基礎(chǔ)制造工業(yè)一樣，初期技術(shù)來源主要靠進(jìn)口，而后續(xù)的技術(shù)升級(jí)依然期望進(jìn)口，自身缺乏獲得長足的技術(shù)進(jìn)步的實(shí)力。例如，在軸承設(shè)計(jì)方面，國外先進(jìn)軸承企業(yè)普遍采用有限元仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中集成了各種材料的大量物性數(shù)據(jù)、自身積累的疲勞性能數(shù)據(jù)等，而國內(nèi)軸承企業(yè)雖有國家眾多項(xiàng)目支持，但沒有形成有效的知識(shí)積累與系統(tǒng)集成，在軸承設(shè)計(jì)方面與國外先進(jìn)企業(yè)的差距越來越大；同時(shí)，由于菲薄的盈利不能吸引足夠的人才和資金進(jìn)行自主開發(fā)，導(dǎo)致我國軸承行業(yè)的發(fā)展形勢(shì)不容樂觀。需要打破目前軸承行業(yè)所面臨的壓成本、降價(jià)爭市場(chǎng)導(dǎo)致質(zhì)量惡化、又不得不繼續(xù)降價(jià)的惡性循環(huán)。

2.2 強(qiáng)化面向服役場(chǎng)景的基礎(chǔ)研究，有針對(duì)性地解決早期失效等問題

克服高端軸承國產(chǎn)化的技術(shù)瓶頸，需要軸承行業(yè)和特鋼行業(yè)雙方的高度密切協(xié)作配合。我國軸承企業(yè)要拿出我國軸承在各種應(yīng)用場(chǎng)景下發(fā)生早期失效的詳實(shí)數(shù)據(jù)和機(jī)制進(jìn)行歸納總結(jié)，并通過和國外同類產(chǎn)品對(duì)比找出國產(chǎn)軸承壽命低、可靠性差的切實(shí)原因，據(jù)此進(jìn)行有針對(duì)性的攻關(guān)。比如，大量的軸承失效是表面啟裂，還是次表面啟裂？如果是表面啟裂，那是潤滑、加工裝配，還是設(shè)計(jì)問題所致？如果是次表面啟裂，那么裂紋啟裂是否與冶金缺陷如夾雜物等相關(guān)？啟裂時(shí)的組織位于經(jīng)典滾動(dòng)接觸疲勞組織發(fā)展的哪一個(gè)階段，是深蝕區(qū)（Dark etching area，DEA）、白色條帶（White bands，WB）還是蝶狀白色腐蝕組織（Butterfly）？這些均對(duì)應(yīng)軸承服役失效的不同組織機(jī)制。

這些極具針對(duì)性的基本科學(xué)問題，目前也正是斯凱孚和舍弗勒等全球頂級(jí)軸承企業(yè)的研究熱點(diǎn)，但是國內(nèi)軸承企業(yè)罕有涉及，在國家支持的相關(guān)項(xiàng)目指南中也很少有這方面的內(nèi)容。但是像德國舍弗勒這樣的軸承公司，早就已經(jīng)開始關(guān)注軸承服役中常見的早期失效現(xiàn)象，即白色腐蝕裂紋失效，這種失效與高潔凈度軸承鋼中夾雜物并無多大關(guān)系，因?yàn)閵A雜物影響的是經(jīng)典滾動(dòng)接觸疲勞壽命，而當(dāng)出現(xiàn)白色腐蝕裂紋時(shí)，軸承常在尚未達(dá)到其額定壽命就發(fā)生失效。該公司近期的研究成果表明，只有在軸承服役期間遭遇某些附加載荷時(shí)才會(huì)發(fā)生這樣的早期破壞。比如在風(fēng)電軸承中，可能由于散亂電流的作用導(dǎo)致潤滑油分解出氫進(jìn)入軸承鋼，導(dǎo)致氫脆。國內(nèi)軸承企業(yè)不應(yīng)該依然停留在幾十年前那些陳舊的概念和知識(shí)上，而是需要大力加強(qiáng)相關(guān)的基礎(chǔ)研究，能夠從自身所面向的各種服役場(chǎng)景中，提取出針對(duì)軸承失效的不同科學(xué)原理機(jī)制以及共性要求，這樣才能夠向鋼鐵企業(yè)提出具體的技術(shù)要求，或組織國內(nèi)的相關(guān)科研力量進(jìn)行攻關(guān)。只有通過深入的相關(guān)基礎(chǔ)研究，才能對(duì)材料提出具體、準(zhǔn)確的要求，才能形成軸承設(shè)計(jì)與制備技術(shù)不斷進(jìn)步的知識(shí)儲(chǔ)備和技術(shù)來源，否則還是要依賴于國外成套裝備和相關(guān)技術(shù)的再次引進(jìn)。

與軸承行業(yè)不同的是，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的煉鋼裝備和工藝水平自改革開放以來取得巨大進(jìn)步，軸承鋼的O、N、S、P、Ti等眾多雜質(zhì)元素含量，與幾十年前相比，都大幅降低到了前所未有的水平，即使在全球也位于世界前列；同時(shí)連鑄工藝技術(shù)日趨成熟完備，通過中間包感應(yīng)加熱、浸入式水口優(yōu)化、結(jié)晶器和凝固末端電磁攪拌和輕壓下等各種全球領(lǐng)先的先進(jìn)工藝技術(shù)的應(yīng)用，大幅度改善了鑄坯的偏析程度。

2.3 產(chǎn)用兩端密切合作，以提高軸承壽命為抓手進(jìn)行技術(shù)研發(fā)

軸承廠和鋼廠的合作，首先要避免相互甩鍋，不能只要是軸承壽命低，就簡單地推到軸承鋼冶金質(zhì)量不過關(guān)，而不進(jìn)行科學(xué)分析和研究論證，否則無法突破高端軸承國產(chǎn)化的技術(shù)瓶頸。軸承廠和鋼廠在提高軸承服役壽命這一目標(biāo)上是一致的，因此建議國內(nèi)軸承和特鋼企業(yè)都以提高壽命為抓手進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研發(fā)。軸承企業(yè)要針對(duì)不同應(yīng)用工況，建設(shè)大量的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)機(jī)，如針對(duì)我國目前“卡脖子”的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱和主軸軸承、鐵路機(jī)車牽引電機(jī)軸承、交流發(fā)電機(jī)軸承、無級(jí)變速箱軸承、工業(yè)齒輪箱軸承等，要補(bǔ)上過去欠缺的科學(xué)試驗(yàn)的舊賬，如斯凱孚或舍弗勒一家公司的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)機(jī)數(shù)量就超過全國的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)機(jī)數(shù)量，正是通過這些大量的臺(tái)架疲勞試驗(yàn)，才能獲得相關(guān)的可靠和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而確定影響軸承壽命的關(guān)鍵因素，指導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)升級(jí)；而鋼廠，除了對(duì)鋼材進(jìn)行常規(guī)的冶金質(zhì)量檢驗(yàn)、檢測(cè)外，應(yīng)進(jìn)行和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)度高的、針對(duì)鋼材性能的相關(guān)滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)，以期在排除軸承設(shè)計(jì)、加工和潤滑等因素外，對(duì)不同鋼材的服役疲勞性能進(jìn)行先期評(píng)價(jià)，尤其是在潔凈度水平大幅提高、鑄坯偏析有效控制的情況下，軸承鋼的傳統(tǒng)冶金質(zhì)量因素，如夾雜物和偏析，對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞壽命的影響機(jī)制是否發(fā)生了變化，以及如何建模進(jìn)行量化，并據(jù)此來更新和升級(jí)針對(duì)高潔凈度軸承鋼冶金質(zhì)量的檢驗(yàn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，Z終實(shí)現(xiàn)將冶金質(zhì)量的?制水平直接用于軸承的設(shè)計(jì)。

軸承廠和鋼廠只有基于各自大量的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過充分的科學(xué)論證和研究，才能Z終形成關(guān)于軸承鋼冶金質(zhì)量的具體技術(shù)指標(biāo)的一致要求，作為面向全球鋼廠統(tǒng)一采購的依據(jù)。（作者羅海文：北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授、中組部萬人計(jì)劃科技領(lǐng)軍人才，從事新型超高強(qiáng)鋼、電工鋼、軸承鋼等先進(jìn)鋼鐵材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)研究）

來源：《世界金屬導(dǎo)報(bào)》