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中國軸承鋼生產現狀及未來發展方向

2018-09-04

特殊鋼是重大裝備制造和國家重點工程建設所需的關鍵材料,是鋼鐵材料中的高技術含量產品,其生產和應用代表一個國家的工業化發展水平。

??軸承鋼現狀和發展方向

??軸承廣泛應用于礦山機械、精密機床、冶金設備、重型裝備與高檔轎車等重大裝備領域和風力發電、高鐵動車及航空航天等新興產業領域。中國生產的軸承主要為中低端軸承和小中型軸承,表現為低端過剩和高端缺乏。與國外相比,在高端軸承和大型軸承方面存在較大差距。中國高速鐵路客車專用配套輪對軸承全部需要從國外進口。在航空航天、高速鐵路、高檔轎車及其他工業領域用的關鍵軸承上,中國軸承在使用壽命、可靠性、Dn值與承載能力等方面與先進水平存在較大差距。例如,國外汽車變速箱軸承的使用壽命最低50萬公里,而國內同類軸承壽命約10萬公里,且可靠性、穩定性差。

??1?航空方面
??作為航空發動機的關鍵基礎零部件,國外正在研發推力比為15-20的第2代航空發動機軸承,準備在2020年前后裝配到第5代戰機中。近10年來,美國研發了第2代航空發動機用軸承鋼,其代表性鋼種為耐500℃的高強耐蝕軸承鋼CSS-42L和耐350℃高氮不銹軸承鋼X30(Cronidur30),中國則在進行第2代航空發動機用軸承的研發。

??2?汽車方面
??對于汽車輪轂軸承,中國目前廣泛應用的是第1代和第2代輪轂軸承(球軸承),而歐洲已廣泛采用第3代輪轂軸承。第3代輪轂軸承的主要優點是可靠、有效載荷間距短、易安裝、無需調整、結構緊湊等。目前,中國引進車型大多采用這種輕量化和一體化結構輪轂軸承。

??3?鐵路車輛方面
??目前,中國鐵路重載列車用軸承采用國產電渣重熔G20CrNi2MoA滲碳鋼制造,而國外已經將超高純軸承鋼(EP鋼)的真空脫氣冶煉技術、夾雜物均勻化技術(IQ鋼)、超長壽命鋼技術(TF鋼)、細質化熱處理技術、表面超硬化處理技術和先進的密封潤滑技術等應用到軸承的生產和制造,從而大幅度提升了軸承的壽命與可靠性。中國電渣軸承鋼不僅質量低,而且成本比真空脫氣鋼高出2000-3000元/噸,未來中國需要開發超高純、細質化、均勻化與質量穩定的真空脫氣軸承鋼取代目前采用的電渣軸承鋼。

??4?風電能源方面
??對于風電軸承,目前中國還無法生產技術含量較高的主軸軸承和增速器軸承,基本依靠進口,3MW以上風電機組配套軸承的國產化問題還沒有解決。國外為了提高風電軸承的強度、韌性和使用壽命,采用了新型特殊熱處理鋼SHX(40CrSiMo),對于偏航和變漿軸承,通過表面感應淬火熱處理控制淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋;對于增速器軸承和主軸軸承采用碳氮共滲,使零件表面得到較多穩定殘余奧氏體體積分數(30%-35%)和大量細小碳化物、碳氮化物,提高了軸承在污染潤滑工況下的使用壽命。

??為提高軋機軸承的使用壽命以及運轉精度,未來需要進行軋機用GCr15SiMn和G20Cr2Ni4等軸承鋼的超高純真空脫氣冶煉和軸承表層大奧氏體量控制熱處理等技術的研發。日本NSK與NTN軸承公司分別開發了表面奧氏體強化技術,即通過增加表層奧氏體含量,開發出了TF軸承和WTF軸承,從而將軸承的壽命提高了6-10倍。

??未來中國軸承鋼的研發方向

??主要體現在四個方面

??1?經濟潔凈度
??在考慮經濟性的前提下,進一步提高鋼的潔凈度,降低鋼中的氧和鈦含量,達到軸承鋼中的氧與鈦的質量分數分別小于6×10-6和15×10-6的水平,減小鋼中夾雜物的含量與尺寸,提高分布均勻性。

??2?組織細化與均勻化
??通過合金化設計與控軋控冷工藝的應用,進一步提高夾雜物與碳化物的均勻性,降低和消除網狀和帶狀碳化物,降低平均尺寸與最大顆粒尺寸,達到碳化物的平均尺寸小于1μm的目標;進一步提高基體組織的晶粒度,使軸承鋼的晶粒尺寸進一步細化。

??3?減少低倍組織缺陷
??進一步降低軸承鋼中的中心疏松、中心縮孔與中心成分偏析,提高低倍組織的均勻性。

??4?軸承鋼的高韌性化
??通過新型合金化、熱軋工藝優化與熱處理工藝研究,提高軸承鋼的韌性。

(來源:中國特鋼企業協會)




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