高端軸承鋼

軸承，想必接觸過機械的人們都熟悉，支撐機械旋轉體，降低其摩擦系數，并保證其回轉精度。在一些特殊領域，機械的運轉對軸承的精度、性能、壽命和可靠性提出了高要求。那么，要使軸承得到這些要求，其材質是決定性因素之一。然而，高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。目前，世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF幾乎壟斷了全球高端軸承用鋼的研發、制造與銷售。

高端軸承的作用及難點

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，降低其摩擦系數，并保證其回轉精度。無論飛機、汽車、高鐵，還是高精密機床、儀器儀表，都需要軸承。這就對其精度、性能、壽命和可靠性提出了高要求。而在發動機中，軸承一直在“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，還要承受著各種形式的應力擠壓、摩擦與超高溫。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，在于其材質。

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。

高端軸承用鋼的研發、制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，他們分別在山東煙臺、濟南建立基地，采購中國的低端材質，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。煉鋼過程中加入稀土，就能使原本優質的鋼變得更加“堅強”。但怎么加，這是世界軸承巨頭們的核心秘密。

高端軸承鋼的發展情況

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。

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。

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，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。

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。

航空鋼材

超高強度鋼是用于制造承受較高應力結構件的一類合金鋼。一般屈服強度大于1180MPa，抗拉強度大于1380MPa，這類鋼一般具有足夠的韌性及較高的比強度和屈強比，還有良好的焊接性和成形性。主要應用航空制造產業，而飛機起落架的制作材料，基本上都是300M超高強度鋼！

飛機起落架是支撐飛機的唯一部件，尤其是在飛機降落階段，其承載的載荷不僅僅來自機身重量，還有飛機垂直方向的巨大沖力。因此，起落架的材料強度必須十分優異，只能依靠特種鋼材才行。目前使用范圍最廣的是美國的300M鋼，該材料采用真空熱處理技術，避免了滲氫，零件表面光亮，無氧化脫碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了表面質量。而國內用于制作起落架的國產超強度鋼材有時會出現點狀缺陷、硫化物夾雜、粗晶、內部裂紋、熱處理滲氫等問題，這些問題都與冶煉過程中純凈度不夠有關系。所以我國在高純度熔煉技術方面與美國還有較大差距，存在很大提升空間。

2018年中國寶鋼特鋼有限公司在此前的上海航展上，展出了一款該司研制生產的300M超高強度鋼，這對于C919以及后續機型而言，是個至關重要的好消息。這一信息的出現，并不僅僅意味著300M超高強度鋼在國內需求應用上的成本降低，也標志著我們國家真正打破了300M超高強度鋼的西方壟斷局面，更是表明了我們的國產大飛機擁有了屬于我們自己的“雙腳”，更讓我們的國產大飛機距離真實意義上的國產又近了一步！

不過今年2月16日報道稱：美國政府考慮禁止LEAP-1C大涵道渦扇發動機出口，報道內容指出此舉意在封殺C919客機，讓C919客機沒有發動機可用。這極有可能意味著C919客機被卡脖子，甚至C919大飛機的生命將走向終結，更有甚者稱：C919客機將重蹈運10的覆轍。

高強度不銹鋼及奧氏體不銹鋼

高強度不銹鋼

用于火箭發動機的鋼材需具備多種特性，其中高強度是必須滿足的重要指標。然而，不銹鋼的強度和防銹性能，卻是魚和熊掌般難以兼得的矛盾體。火箭發動機材料如果如果嚴重生銹，將帶來很大影響。完全依靠材料自身實現高強度和防銹性能兼備，這是世界性難題。現在，我國航天材料大多用的是國外上世紀六七十年代用的材料，發達國家在生產過程中會嚴格控制雜質含量，如果純度不達標，便重新回爐，但國內廠家往往缺乏這種嚴謹的態度。

奧氏體不銹鋼

316H奧氏體不銹鋼已不折不扣地成為核電裝備“卡脖子”材料。2019年1月1日，鞍鋼集團有關領導組織召開316H奧氏體不銹鋼生產動員會，并將316H奧氏體不銹鋼開發確定為鞍鋼“一號工程”。面對國家需求，鞍鋼核電用鋼項目團隊結合合同全面承擔了項目研發、生產及供貨任務。在克服不銹鋼研發、生產經驗少，產品涉及單位眾多、工序繁雜及技術指標要求嚴格等諸多不利因素情況下，充分發揮集團公司優勢，依靠鞍鋼聯眾、鞍鋼鑄鋼公司、鞍鋼股份，建立了該鋼種適宜的生產工藝路線并成功實現產品開發和首批合同供貨。

日前，鞍鋼成功實現四代核電600MW示范快堆項目316H奧氏體不銹鋼產品開發，并完成首批合同供貨，解決了該產品從無到有的“卡脖子”難題。鞍鋼因此成為全球唯一一家全部依靠自身裝備生產該產品的企業。

隨著世界各國經濟發展和環境惡化壓力，建造核電、利用核能已成為未來10至20年的重點。我國在核電開發、建設方面已取得了重大進展，三代核電技術達到世界先進水平，四代核電技術達到國際領先水平。其中，四代核電600MW示范快堆項目更是引領行業發展，代表核能發展方向，具有極其重要的戰略意義。

銑刀

隨著我國近年來高鐵的迅猛建設，鋼軌養護問題也愈加讓業內專家憂心。若養護不到位，不僅折損生命周期，還存在高風險隱患。我國自主創新研發的雙動力電驅銑磨維護機器人裝備——被稱為鋼軌‘急救車’的銑磨車可為鋼軌“保駕護航”。但銑磨車最核心部件銑刀仍需從國外進口。銑刀的材料是一種超硬合金材料。對其中金屬成分我們已然了解，但就是不知曉是怎么配比、合成的。

由于建造鋼軌的材料強度極高，這就決定了鋼軌的強度，所以在制造時只能用銑刀對其打磨，而當它出現變形時也只能用銑刀對其進行矯正。目前為止，德國和奧地利是世界上唯一擁有銑刀制作技術的國家，整個歐洲的鋼軌維護也是被他們壟斷，而我國雖然在不停地研究銑刀的制作技術。但是至今仍未有任何突破，每次提高鋼軌的保養，必定少不了銑刀，而每次提到銑刀都讓國內的專家們無可奈何。最近今年內，我國已經在加緊對這一項目的攻關，成都工具所目前已經探索出了可行性方案，理論上能夠有效提高銑刀的強度，有望在今年年底形成中國的銑刀技術。

合金粉末產品

我國合金粉末產品品種依然不足，中低端產品產能過剩和高端、高品位金屬粉末依賴進口的矛盾日漸突出。尤其是粉末高溫合金和粉末高速鋼，目前應用于現代航空發動機、航天器和火箭發動機以及艦船和工業燃氣輪機的關鍵熱端部件材料（如渦輪葉片、導向器葉片、渦輪盤、燃燒室等）基本依賴進口，“卡脖子”問題日益突出。

粉末高溫合金，是現代高性能航空發動機渦輪盤等關鍵部件的必選材料。與美歐、俄羅斯等航空強國相比，我國的民用航發剛起步，軍用航發勉強交付。國內制備渦輪盤壽命在400小時（國際上壽命最高達20000小時），中外技術差距甚遠。

對于粉末高速鋼，其良好的組織均勻性和碳化物無偏析特點，彌補了普通高速鋼的先天缺陷，使鋼材質量和性能得以全面提升。然而目前國內沒有大批量供規模化生產的企業和研發人員，每年進口量約2萬噸。

鋼鐵礦石

中國的鋼鐵產量超過了世界所有國家的總產量之和，占比超過51%。但是我國鐵礦資源并不多，主要還是依賴進口。其中最優質的鐵礦石來自兩個國家，一個是澳大利亞，一個是巴西，其中澳大利亞每年的鐵礦石產量占全球的80%。但自從我國進入鋼鐵市場之后，鐵礦價格一路飆升，我國鋼鐵行業的成本一路飆升。

據了解，三井物產是日本財團三井的核心企業，三井的成員包括了新日鐵這樣的大型鋼鐵企業，也包括了豐田汽車這樣的鋼鐵產品使用大戶。中國的寶山鋼鐵甚至也和三井有密切的關系。力拓、必和必拓、淡水河谷世界三大鐵礦石巨頭，而三井物產與它們都建立了聯合經營的關系，對于這些企業的經營決心有很大的影響力。所以說日本對“三大礦山”進行控股，鐵礦價格提高，“三大礦山”盈利，日本也能從中分一杯羹，所以對于日本來說不論鐵礦價格高低都是穩賺不賠的，而我國的鋼鐵企業就會受到損失。

好在我國的鋼鐵企業經過幾十年的發展，在鐵礦上的定價權也有舉足輕重的程度。研究認為，我國海外建設優質鐵礦項目不僅可以提升中國鋼鐵工業在成本、環保等方面的競爭力，而且將給項目所在國帶來稅收、就業、人才培養、基礎設施建設及社會經濟發展等方面的切實收益，實現雙方的互利共贏。

本文舉例的幾種鋼鐵產品與芯片一樣，都是我國必須要掌握的核心技術。雖然仍有不小的距離需要追趕，但是以經濟內循環為主的大環境下，在可預見的將來，相信中國完全有能力趕上世界先進水平。