本文以瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：瓦軸）作為典型的國(guó)內(nèi)軸承制造企業(yè)代表，詳細(xì)闡述了軸承制造對(duì)高端軸承鋼組織和性能方面的要求，以及瓦軸與國(guó)內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)攜手研發(fā)與應(yīng)用高端軸承鋼的進(jìn)展情況。此外，本文發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于常規(guī)用途的國(guó)產(chǎn)材料與進(jìn)口軸承鋼處于同一質(zhì)量水平，但用于特殊用途的國(guó)產(chǎn)軸承鋼質(zhì)量還需要提升。Z后，本文從瓦軸多年軸承制造經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，為國(guó)產(chǎn)軸承鋼的研究指明了方向。

1　用料情況

瓦軸是我國(guó)軸承工業(yè)發(fā)源地，具有經(jīng)科技部批準(zhǔn)認(rèn)可的國(guó)家大型軸承研究中心，肩負(fù)著國(guó)家軸承制造技術(shù)研發(fā)重任，綜合技術(shù)實(shí)力一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。產(chǎn)品涵蓋航空航天、風(fēng)電、軌道交通、汽車(chē)、冶金及幾乎所有重要工業(yè)裝備領(lǐng)域。瓦軸所使用的軸承鋼，無(wú)論鋼種成分、尺寸規(guī)格還是冶煉方式，在國(guó)內(nèi)軸承制造企業(yè)中Z為廣泛。

◆用料直徑尺寸：Φ10-Φ800mm；

◆用料鋼種：GCr15、GCr 15Si Mn、G20CrNi 2Mo、G2 0Cr 2Ni 4、GCr 18Mo、ZWZ11-16；

◆冶煉方式：連鑄、模鑄、電渣重熔、雙真空等；

◆國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商：大冶特鋼、興澄特鋼、撫順特鋼、西寧特鋼、建龍北滿(mǎn)特鋼；

◆國(guó)外供應(yīng)商：美國(guó)鐵姆肯鋼鐵公司；

◆年用量：12萬(wàn)噸，其中國(guó)外進(jìn)口0.1萬(wàn)噸，占總用量的0.8%。

2　瓦軸高端軸承鋼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用情況

軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件要求軸承材料必須具備高的硬度、高的耐磨性、高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的彈性極限、良好的沖擊韌度、良好的斷裂韌度、良好的尺寸穩(wěn)定性、良好的防銹性能和良好的冷熱加工性能等。為保證這些性能要求，軸承用鋼的冶金質(zhì)量必須保證精確的化學(xué)成分控制，特別高的純凈度，極低的氧含量和殘余元素含量以及內(nèi)部疏松、偏析、顯微孔隙等要求。軸承鋼是所有合金鋼中質(zhì)量要求Z嚴(yán)格、檢驗(yàn)項(xiàng)目Z多的鋼種。

瓦軸多年來(lái)一直致力于高端軸承鋼的研究與開(kāi)發(fā)工作。

2.1 高純凈軸承鋼的研發(fā)

近年來(lái)，我國(guó)軸承鋼冶煉的裝備水平和過(guò)程控制有很大提高，瓦軸與大冶特鋼等供應(yīng)商合作進(jìn)行瓦軸專(zhuān)用高端軸承鋼開(kāi)發(fā)，建立了一整套高端軸承鋼開(kāi)發(fā)和管控體系，從原料開(kāi)始，對(duì)工藝流程、加工裝備、質(zhì)量控制進(jìn)行全流程驗(yàn)證，對(duì)工藝路線(xiàn)和加工過(guò)程進(jìn)行規(guī)范和固化，瓦軸專(zhuān)用軸承鋼總體質(zhì)量指標(biāo)與國(guó)外知名公司處于同等水平（見(jiàn)表1-表5）。比如，瓦軸專(zhuān)用軸承鋼對(duì)有害元素的控制更嚴(yán)格：氧含量實(shí)物水平不超過(guò)6ppm，鈦含量不超過(guò)15ppm；純凈度水平更高：對(duì)于氮化鈦、碳氮化鈦按形貌分別并入B類(lèi)、D類(lèi)、DS類(lèi)評(píng)級(jí)，DS類(lèi)夾雜物一般在0.5級(jí)以下；宏觀夾雜物全部采用SEP1927標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，夾雜物不得超過(guò)5mm/dm3，單個(gè)夾雜物長(zhǎng)度不得超過(guò)1.0mm。

2.2 瓦軸ZWZ系列高淬透性軸承鋼的開(kāi)發(fā)

與世界先進(jìn)國(guó)家的軸承鋼相比，我國(guó)國(guó)標(biāo)中軸承鋼僅有十余種，品種不全，沒(méi)有形成完整的高碳鉻軸承鋼系列和滲碳軸承鋼系列，缺乏適用于加工大尺寸軸承的高級(jí)高碳鉻軸承鋼和高級(jí)滲碳軸承鋼及相應(yīng)的熱加工和熱處理技術(shù)。

瓦軸在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)發(fā)高淬透性系列軸承鋼并完成相應(yīng)的熱處理工藝研究，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZWZ11、ZWZ12、ZWZ13、ZWZ14、ZWZ15、ZWZ16系列鋼種，可以滿(mǎn)足滾子直徑260mm、套圈有效壁厚210mm的各種尺寸重大裝備軸承的要求，解決了我國(guó)軸承行業(yè)大厚度零件心部硬度偏低和屈氏體超標(biāo)問(wèn)題，成熟應(yīng)用于風(fēng)電主軸等軸承制造，填補(bǔ)了我國(guó)軸承行業(yè)空白。

3　瓦軸高端軸承鋼實(shí)物質(zhì)量與SKF等國(guó)外材料技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

近年來(lái)，瓦軸通過(guò)與瑞典奧沃科（OVAKO）、美國(guó)鐵姆肯（TIMLKEN）及日本山陽(yáng)（SANYO）等主要的國(guó)外軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)展技術(shù)交流，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量要求有較詳細(xì)的了解，也對(duì)其實(shí)物水平進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)價(jià)。

表1-表5列舉了瓦軸與國(guó)外某知名軸承制造企業(yè)主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比，從標(biāo)準(zhǔn)上看，瓦軸所用軸承鋼與國(guó)外知名公司產(chǎn)品相比，技術(shù)指標(biāo)要求并沒(méi)有太大差異，甚至對(duì)一些指標(biāo)，如有害元素及夾雜物的要求更高。可以這樣理解，實(shí)際上，國(guó)外企業(yè)對(duì)軸承鋼冶煉制造過(guò)程更為關(guān)注，鋼材冶煉加工是一個(gè)大而全的生產(chǎn)過(guò)程，諸多工藝過(guò)程每一個(gè)細(xì)小的制造環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生致命影響，而這些通過(guò)有限的幾個(gè)試樣檢測(cè)無(wú)法真實(shí)全面體現(xiàn)。所以，針對(duì)專(zhuān)有產(chǎn)品進(jìn)行裝備、產(chǎn)線(xiàn)和工藝的固化，始終如一的過(guò)程控制是質(zhì)量的根本保證，因此，國(guó)外軸承鋼的實(shí)物水平遠(yuǎn)高于其標(biāo)準(zhǔn)要求。

表 1　化學(xué)成分及有害元素對(duì)比

表 2　低倍檢驗(yàn)對(duì)比

表 3　按 ISO4967 檢測(cè)非金屬夾雜物對(duì)比

從瓦軸高端軸承鋼的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析看，應(yīng)用于常規(guī)用途的產(chǎn)品與進(jìn)口軸承鋼處于同一質(zhì)量水平。表5是瓦軸與國(guó)外某知名企業(yè)軸承鋼的ASPEX夾雜物分析對(duì)比，各項(xiàng)指標(biāo)差異不大。

4　國(guó)產(chǎn)軸承鋼的研究方向

4.1 減少鋼材成分波動(dòng)，提高質(zhì)量一致性

我國(guó)軸承鋼制造企業(yè)今后應(yīng)該把提高不同爐次軸承鋼的成分一致性作為重要研究課題，提高過(guò)程控制能力和工藝穩(wěn)定性，從而減少鋼材成分波動(dòng)，提高質(zhì)量一致性，為后續(xù)加工和提高我國(guó)軸承的質(zhì)量奠定良好的材料基礎(chǔ)。

4.2 夾雜物形態(tài)及評(píng)定科學(xué)性

按現(xiàn)有的ISO4967評(píng)價(jià)方法，瓦軸所用軸承鋼夾雜物的控制水平貌似與國(guó)外軸承鋼沒(méi)有差別，但這并不能真實(shí)反映每一爐鋼的總體質(zhì)量狀態(tài)。大部分國(guó)外優(yōu)質(zhì)軸承鋼材，其夾雜物主要以塑性硫化物為主，瓦軸所用軸承鋼與其相比雖然總量差別不大，但對(duì)軸承疲勞壽命影響有很大不同，所以，對(duì)比國(guó)外優(yōu)質(zhì)軸承鋼夾雜物分布情況，一方面要研究如何改進(jìn)冶煉脫氧方式，另一方面也要考慮夾雜物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性。

4.3 高性能專(zhuān)用軸承鋼的研發(fā)

1）當(dāng)前，市場(chǎng)對(duì)于高速、重載、長(zhǎng)壽命等各項(xiàng)軸承性能指標(biāo)的要求越來(lái)越高，同時(shí)也意味著對(duì)軸承鋼的純凈度和均勻性要求更加嚴(yán)格。在軸承失效案例分析中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)疲勞起源于10μm尺寸級(jí)別的脆性?shī)A雜物。10μm以下尺寸級(jí)別夾雜物控制水平的高純凈度鋼的穩(wěn)定批量生產(chǎn)是軸承行業(yè)的實(shí)際需求。

2）提高鋼材冶煉水平的同時(shí)，通過(guò)成分設(shè)計(jì)研發(fā)長(zhǎng)壽命、高可靠性專(zhuān)用軸承鋼新鋼種，可以得到事半功倍的效果。（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司副總工程師　莊權(quán)）

來(lái)源：《世界金屬導(dǎo)報(bào)》