高端轴承钢依赖进口，国产替代之路任重道远

高端轴承钢

接触过机械的人对轴承都不陌生，它支撑着机械的旋转体，降低其摩擦系数，保证其旋转精度。在一些特殊领域，机械的运转对轴承的精度、性能、寿命、可靠性等都提出了很高的要求。那么，要使轴承满足这些要求，其材质是决定性因素之一。然而，高端轴承钢几乎全部依赖进口，目前，世界轴承巨头美国铁姆肯公司和瑞典SKF公司几乎垄断了全球高端轴承钢的研发、制造和销售。

高端轴承的作用与难点

轴承作为机械设备中不可缺少的核心零部件，支撑着机械旋转体，降低其摩擦系数，保证其旋转精度。无论是飞机、汽车、高铁，还是高精度的机床、仪器，都需要轴承。对其精度、性能、寿命、可靠性都有很高的要求。在发动机中，轴承一直处于“炼狱”中工作，不仅要长期以每分钟几万转的转速运转，还要承受各种形式的应力挤压、摩擦和超高温度。这就对轴承的精度、性能、寿命、可靠性都提出了很高的要求，而决定这四点的关键因素就在于其材料。

可惜的是，虽然我国的轴制造技术已经达到了世界顶尖水平，但是材料也就是高端轴承钢却几乎完全依赖进口。

高端轴承钢的研发、制造和销售基本被世界轴承巨头美国铁姆肯和瑞典SKF垄断，前几年它们分别在山东烟台和济南建立基地，从中国采购低端材料，利用其核心技术制造高端轴承，以十倍的价格销往中国市场。在炼钢过程中加入稀土，可以让原本优质的钢材变得更加坚硬，但如何添加，是世界轴承巨头们的核心秘密。

高端轴承钢的开发

滚动轴承的四大零部件中，除保持架、内外圈、滚动体（球、滚子或滚针）外，均由轴承钢制成，有“钢王”之称，是钢铁生产中要求最严格的一种钢材牌号。

轴承钢种类繁多，其化学成分根据不同的使用要求而不同，其中高碳铬轴承钢所占比例较大，是制造轴承及轴承零件最常用的钢种。

轴承钢的质量主要取决于以下四个因素：第一，钢中夹杂物的含量、形状、分布和尺寸；第二，钢中碳化物的含量、形状、分布和尺寸；第三，钢中的中心疏松缩孔；第四，轴承钢产品性能的一致性。这四个因素可以概括为纯度和均匀性指标。

其中，纯度要求材料中的夹杂物尽量少，纯度对轴承的疲劳寿命有直接影响；而均匀性则要求材料中的夹杂物和碳化物颗粒小且弥散，这将影响轴承制造时变形和热处理后的组织均匀性。

高端轴承钢中碳化物组织均匀细小，热处理后碳化物分布均匀细小

要提高轴承钢的纯净度，首先要控制钢中的氧含量，在炼钢时，以ppm（百万分率）作为氧含量的单位，一般来说，8ppm的钢算是优质钢，而高端轴承则要求5ppm的顶级钢。另外，钢中残留的钛等有害元素，容易形成多棱角状夹杂物，会造成局部应力集中，产生疲劳裂纹，应尽量避免。

目前随着高纯净钢冶炼平台体系的完善，轴承钢的纯净度得到了很大的提高，夹杂物水平得到了有效的控制，国外发达国家钢中氧含量已控制在5ppm以下，因此碳化物的含量、分布、尺寸等已逐渐成为制约轴承钢质量的主要因素。

如今，中国不仅能够生产高端轴承钢，而且在国际市场上也打出了自己的一片天地，中国的轴承钢已经供应瑞典、德国、日本等国家，同时高端轴承钢的疲劳寿命已经达到甚至超过日本、欧洲的水平。有了好钢，下一步就是解决轴承的问题。高端轴承的研制涉及到材料、设计、轴承制造装备、高精度加工、检测试验等一系列技术难题，还需要与力学、润滑等联系，需要理论、摩擦学、疲劳与失效、热处理、材料组织等基础研究和交叉学科的支持，高端轴承技术极其复杂，掌握难度极大。

目前，国产轴承与进口高端轴承相比，在精度、轴承振动、噪声及异音、可靠性、高速性能等方面还存在一定差距。

航空钢

超高强度钢是用于制造承受高应力的结构件的一类合金钢，一般屈服强度大于1180MPa，抗拉强度大于1380MPa，该类钢一般具有足够的韧性和较高的比强度、屈强比，并具有良好的焊接性和成形性。主要用于航空制造业，制造飞机起落架的材料基本都是300M超高强度钢！

起落架是支撑飞机的唯一部件，特别是在着陆阶段，它所承受的载荷不仅来自机身的重量，还有飞机巨大的垂直冲击力，因此起落架的材料强度必须过硬。特种钢是应用最为广泛的钢材。美国的300M钢采用真空热处理技术制造，避免了氢渗透，使零件表面光亮，无氧化脱碳、增碳、晶界氧化等缺陷，提高了表面质量。而国产用于制造起落架的超高强度钢在热处理过程中，有时会出现点缺陷、硫化物夹杂、晶粒粗大、内部裂纹、氢渗透等问题，这些问题都与冶炼过程中纯度不够有关，因此，我国在高纯度冶炼技术方面与美国还有很大的差距，还有很大的提升空间。

2018年，中国宝钢特钢有限公司在上届上海航展上展出了该公司研发生产的300M超高强度钢，这对于C919及后续机型而言，是至关重要的利好消息，这一信息的出现，不仅意味着300M超高强度钢在国内需求应用上的成本降低，更标志着我国真正打破了300M超高强度钢的西方垄断，更表明我们的国产大飞机现在有了自己的“脚”，使我国国产大飞机距离真正国产化又近了一步！

然而今年2月16日，有报道称美国政府正考虑禁止出口LEAP-1C大型涵道比涡扇发动机，报道指出，此举意在给C919大飞机设下障碍，使其无发动机可用，这很可能意味着C919大飞机陷入瓶颈，甚至C919大飞机的寿命也将走到尽头，更有甚者，甚至有人称C919客机将重蹈运-10覆辙。

高强度不锈钢和奥氏体不锈钢

高强度不锈钢

火箭发动机所用的钢材必须具备多种性能，其中高强度是必须满足的重要指标。然而不锈钢的强度和抗锈蚀性就像一对难以同时拥有的矛盾，如果严重生锈就会带来很大影响。完全依靠材料本身实现强度高和抗锈蚀性兼具是一个世界性难题。目前我国航天材料大部分是国外20世纪六七十年代使用的材料，发达国家在生产过程中会对杂质含量进行严格控制，如果纯度不达标就会被送回炉，但国内厂家往往缺乏这种严谨的态度。

奥氏体不锈钢

316H奥氏体不锈钢已成为核电设备的“瓶颈”材料。2019年1月1日，鞍钢集团相关领导组织召开316H奥氏体不锈钢生产动员会，把316H奥氏体不锈钢研发提上日程，并确定为鞍钢“一号工程”。响应国家需要，鞍钢核电用钢项目组按照合同全面承担了该项目的研发、生产和供货任务。为了克服不锈钢研发生产经验不足、产品涉及单位多、工序复杂、技术指标要求严格等不利条件，集团充分发挥自身优势，依托鞍钢联众、鞍钢铸造公司和鞍钢股份，建立了适宜该钢种的生产工艺流程，顺利实现产品开发和首批合同供货。

近日，鞍钢成功研发出用于四代核电站600MW快堆示范项目的316H奥氏体不锈钢产品并完成首批合同供货，从无到有解决了该产品的“瓶颈”问题，鞍钢由此成为全球唯一一家完全用自有设备生产该产品的企业。

随着世界各国经济发展和环境恶化的压力，建设核电、利用核能成为未来10到20年的重点。我国核电开发建设取得了重大进展，第三代核电技术达到世界先进水平，第四代核电技术达到国际领先水平。其中，第四代核电600MW示范快堆项目引领行业发展，代表核能发展方向，具有极其重要的战略意义。

铣刀

随着近年来我国高铁建设的迅猛，钢轨养护问题成为行业专家日益关注的问题。如果养护不到位，不仅寿命周期缩短，而且还存在高危隐患。设备：铣磨车，被称为铁路‘急救车’，可以为钢轨“保驾护航”。但铣磨车的核心部件——铣刀，目前仍需从国外进口。铣刀的材质是超硬质合金材料，我们已经知道了金属成分，但却不知道它们是如何混合、合成的。

由于制造钢轨的材料极其坚硬，决定了其强度，制造时只能用铣刀磨削，变形时也只能用铣刀矫正。德国和奥地利是世界上仅有的掌握铣刀制造技术的国家，还垄断了欧洲的钢轨维修。我国虽然也在不断研究制造铣刀的技术，但至今没有取得突破。钢轨的维修离不开铣刀，每次提起铣刀的话题，国内专家都不知所措。近年来，我国加大攻关力度，成都工具所已经摸索出可行的解决方案，从理论上讲，可以有效提高铣刀的强度，预计今年年底形成我国的铣刀技术。

合金粉末制品

我国合金粉末产品品种仍然不足，中低端产品产能过剩与高端高等级金属粉末依赖进口的矛盾日益突出。特别是粉末高温合金、粉末高速钢目前在现代航空发动机、航天器和火箭发动机上都有应用。另外，船舶、工业燃气轮机关键热端部件（如涡轮叶片、导叶、涡轮盘、燃烧室等）的材料基本依赖进口，“瓶颈”问题日益突出。

粉末高温合金是现代高性能航空发动机涡轮盘等关键部件的必备材料，与美欧俄等航空强国相比，我国民航发动机才刚刚起步，军用航空发动机才刚刚开始服役，在服役寿命400小时左右（国际上最高寿命2万小时），中外技术差距巨大。

对于粉末高速钢而言，其良好的组织均匀性和无碳化物偏析的特性弥补了普通高速钢固有的缺陷，使钢材的质量和性能得到全面的提升，但目前国内尚无规模化生产企业和研发人员，每年进口量在2万吨左右。

铁矿

中国钢铁产量超过世界各国总产量，占比超过51%，但是我国铁矿石资源并不多，主要依赖进口，品质最好的铁矿石来自两个国家，一个是澳大利亚，一个是巴西，澳大利亚每年的铁矿石产量占全球的80%。但是自从我国进入钢铁市场以来，铁矿石价格一路飙升，我国钢铁行业成本随之飙升。

据了解，三井物产是日本财团三井的核心企业，其成员包括新日铁、丰田汽车等大型钢铁企业，都是钢铁产品的大用户。中国的宝钢甚至与三井物产关系密切，三井物产与世界三大铁矿石巨头力拓、必和必拓、淡水河谷均成立合资公司，对这些公司的经营决策有很大影响。三井物产持有“三大矿山”控股权，铁矿石价格上涨，“三大矿山”获利，日本也能分一杯羹。因此，对日本来说，无论铁矿石价格如何上涨，都是稳赚不赔，而我国钢铁企业则会蒙受损失。

可喜的是，经过几十年的发展，我国钢铁企业在铁矿石方面掌握了决定性的定价权。研究表明，我国在海外建设优质铁矿石项目，不仅能提升我国钢铁产业在成本、环保等方面的竞争力，还将为项目所在国在税收、就业、人才培养、基础设施建设和社会经济发展等方面带来实实在在的利益，实现双方互利共赢。

本文所列举的钢铁产品，如同芯片一样，都是我国必须掌握的核心技术。虽然还有很长的路要走，但相信在可预见的未来，在国内经济周期的大环境下，我国完全有能力追赶世界先进水平。