为何高端轴承难以制造?两大关键不可忽视

来源:世展网 分类:泵阀门行业资讯 2022-06-28 08:00 阅读:4786
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1/ 轴承现状

世界轴承市场70%以上的份额,被十大跨国轴承集团公司所占据,其中美国占23%、欧盟占21%、日本占19%。世界轴承市场基本是由日本NSK公司、瑞典SKF公司、德国FAG、美国Timken等几家公司所主导。

同时,世界轴承行业的高端市场被上述企业所垄断,而中低档市场则主要集中于中国。而我国瓦轴等10家最大的轴承企业,销售额仅占全行业的24.7%,前30家的生产集中度也仅为37.4%。

当前我们的设计和制造技术基本上是模仿,产品开发能力低,在某些核心技术的研发领域甚至还是空白。虽然对国内主机的配套率达到80%,但高速铁路客车、中高档轿车、计算机、空调器、高水平轧机等重要主机的配套和维修轴承,基本上依靠进口。

对轴承寿命和可靠性至关重要的先进热处理工艺和装备,如控制气氛保护加热、双细化、贝氏体淬火等覆盖率低,许多技术难题攻关未能取得突破。

轴承钢新钢种的研发,钢材质量的提高,润滑、冷却、清洗和磨料磨具等相关技术的研发,尚不能适应轴承产品水平和质量提高的要求。

我国轴承工业的制造工艺和装备技术发展缓慢,车加工数控率低,磨加工自动化水平低,全国仅有200多条自动生产线

2/高端轴承制造难点

高端轴承依赖进口,为什么我们自己造不出来?”在调研了东三省、浙江、山东等五六个省份之后,中科院山东技术转化中心常务副主任王东升找到了答案:最大的问题出在材质上,“没有好钢,永远造不出高端轴承”。

作为机械设备中不可或缺的核心零部件,轴承支撑机械旋转体,降低其摩擦系数,并保证其回转精度。

毫不夸张地说,发动机中的轴承一直在“炼狱”中工作——它不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转,还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。这对轴承的精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求,而决定这四点的关键因素,在于其材质

遗憾的是,虽然我国的制轴工艺已经接近世界顶尖水平,但材质——也就是高端轴承用钢几乎全部依赖进口。

最近,科技日报记者到华东某大型国有钢铁集团采访,了解到后者的尴尬。作为“中国企业100强”,这家钢铁集团拥有自己的精品钢基地,但却做不出轴承用高端钢,只能依赖进口,前不久,花了近1亿元进口轴承用钢

“PPM”在炼钢中是氧含量的单位,意指百万分率或百万分之几。一般而言,在钢铁行业,8个PPM的钢属于好钢;5个PPM的钢属于顶级钢,正是高端轴承所需要的。高端轴承用钢的研发、制造与销售基本上被世界轴承巨头美国铁姆肯、瑞典SKF所垄断。前几年,他们分别在山东烟台、济南建立基地,采购中国的低端材质,运用他们的核心技术做成高端轴承,以十倍的价格卖给中国市场

炼钢过程中加入稀土,就能使原本优质的钢变得更加“坚强”。但怎么加,这是世界轴承巨头们的核心秘密。

每一列从生产车间走出来的高铁,只要时速超过每小时140公里,用的基本上是进口轴承。

中国是轴承大国,为何不是轴承强国?

2019年整年中国轴承产量为196亿套,经济规模位居世界第三。和机床行业一样,我们向来拥有庞大的产能和规模,但仅有少数尖端领域突破了国外封锁,大量的高端产品仍然依赖进口。

有人或许会反问,我们的99A坦克座圈,不仅能让上十吨的炮塔运转自如,还能承受住125毫米滑膛炮的后坐力,而这个坦克座圈就是一个巨大的滚动轴承,目前大多数国家连这种轴承的边都摸不到。还有我国卫星上的太阳能帆板,依靠固体润滑剂轴承,可以随时调整相对于太阳的角度,并不需要时常去给轴承添加润滑油,而这类轴承同样没有几个国家能够染指。

但即使这样,我们仍只能算是轴承大国,而不是轴承强国。不同于其他机械零件,高端轴承对于材料、加工工艺和经验的要求特别苛刻,因为这些指标决定了轴承今后的可靠性和寿命。例如两个钢环间套着钢珠的轴承——深沟球轴承,国外产品的可靠性在98%以上,实际寿命为计算寿命的8倍到30倍,而国产轴承可靠性仅为96%,实际寿命为计算寿命的3到5倍,这就意味着“能用”和“好用”完全是两个概念,大飞机C919、运20和高铁采用进口轴承的原因便是如此。

从2004年开始,我国开始重点发展高速铁路和机车装备,采取引进先进技术,联合设计生产的思路,我国铁道部从西门子引进了时速350公里的高速列车,并且得到了全车制造技术,中国高铁开始拥有自己的自主知识产权,并且不受任何限制对外出口,但这并不意味着高铁车身所有的零部件都实现了国产化,我们的核心竞争力主要是全车制造、牵引供电系统和运行控制系统等,在市场全球化时代,你不可能要求一家企业或者一个国家,掌握高尖端领域的全种类技术。

虽然高铁轴承仅是一个小部件,但牵一发而动全身。轴承主要分为滚动轴承和滑动轴承两类,而高铁所用的滚动轴承一般分为P0、P2、P4、P5和P6五个等级,轴承精度随着等级升高。

像高端数控机床的主轴采用的是P5、P6等级,而航空、高铁等高科技领域采用的则是P4等级。在近十年内,我国高铁所用的高端轴承主要是从SKF、德国FAG、美国TIMKEN等公司引进。

在这些公司的高端轴承中,我们可以发现两个基础性问题,那就是“高性能的材料”和“高质量的加工”。制作高铁轴承的材料就是素有“钢中之王”称号的轴承钢,它是高铁冶炼中要求最严格的钢种之一。而如何锻造出“高纯净度”和“高均匀性”的轴承钢,将钢中含氧量控制在最低,一直是我国钢铁企业面临的难题。

但经过数十年的攻关,我们已经攻克生产工艺中的诸多难点,并且跃居为轴承钢生产大国,而关键就在于将稀土加入到冶钢步骤中,这使得影响钢材疲劳寿命的大尺寸夹杂物减少了50%,因此生产出来的轴承钢也被称作高端稀土轴承钢。目前我们虽然能造轴承钢,但主要是电渣轴承钢,其质量和纯度还有待提高,而国外采用的真空脱气冶炼技术打造的超高纯轴承钢,是我们下一步的目标。

在高性能的材料解决后,剩下就是高质量的加工。高铁轴承制造涉及学科门类众多,欧美由于掌握超长寿命钢技术、细质化热处理技术和先进的密封润滑技术等,才得以生产出高质量的轴承,这也导致国内外高铁轴承在精度、轴承振动、寿命和可靠性上仍存在一定的差距。

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