轴承钢作为钢铁生产行业中要求最高的钢种，也被称为“钢中之王”。如何锻造“高纯净度”和“高均匀性”的轴承钢，将钢中氧含量控制在最低水平，一直是中国钢铁企业面临的难题。
西北工业大学材料学院刘东教授及其团队研发的PTR技术，打破了国外巨头的垄断，突破了我国轴承钢的“卡脖子”技术，解决了行业难题。
一个
求解轴承钢的碳化物含量？
“和面撒盐”一探究竟~
如何提高轴承钢的质量？一是内部足够纯净，杂质越少越好；二是足够均匀，材料中的颗粒尽可能小，尽可能分散。刘东教授说:“遗憾的是，中国生产的轴承钢质量远远落后于国际先进水平。以夹杂物为例。国外产品的夹杂物尺寸完全小于等于10μm，而我国最大的颗粒尺寸是50~52μm，相差5倍。”
夹杂物与轴承疲劳寿命的关系
经过我国几十年的努力，氧含量、夹杂物和偏析等技术问题已得到有效解决。碳化物，工业中的最后一个大问题，被刘东教授的团队攻克了。
轴承钢属于高碳钢，碳含量在所有钢中是比较高的。如果碳化物分布不均匀且块状，会严重影响质量。刘东教授解释说:“这就像和面时撒一把盐。如果面条没有压碎、揉匀，那么面条里就会有又咸又硬的疙瘩。”“让盐更精细、更均匀地分布在面条中”是刘东教授和他的团队追求的目标。
目前，采用PTR技术改性的轴承钢已经在许多工程中得到应用。实验室数据表明，PTR技术使晶粒尺寸由50μm减小到10μm，碳化物尺寸仅为原尺寸的1/10。100年来，一直徘徊在600~700HV的GCr15轴承钢硬度首次提高到900HV以上，处于世界顶尖水平。此外，采用该技术后，轴承的使用寿命和可靠性大大提高，平均寿命达到计算寿命的26倍，可靠性达到99.9%。
但在轴承钢领域，如何缩短与国外技术的差距，我们还有很长的路要走。
2
铬镍钼耐热钢
如何提高纯度
轴承钢的核心问题是提高纯净度。首先要做的是控制钢中的氧含量。在炼钢中，ppm(百万分之一)被用作氧含量的单位。一般来说，8 ppm的钢是好钢，高端轴承需要5 ppm的上品钢。
高端轴承钢中均匀细小的碳化物组织和热处理后均匀分布的细小碳化物。
1.炼钢技术是轴承钢纯净度的核心。
目前国内工业生产中高速钢、工具钢的连铸技术基本上是空白，这些优质特殊钢的连铸容易出现漏拉、产品断裂、裂纹等问题，成功率较低。虽然国内少数企业尝试了水平连铸和弧形圆坯连铸进行工具钢的试生产，但效果并不理想。铁垦采用的巨型大方坯立式连铸机完美解决了这种优质钢连铸过程中的各种问题。
整个浇铸和板坯凝固过程是在垂直状态下进行的连续铸钢式。这种连铸的一系列设备和操作，如中间包、结晶器、二冷区、矫直机、切割设备和接收定长板坯，都布置在一条垂直的中心线上。
2.表面渗碳热处理工艺
这是铁姆肯最引以为傲的热处理工艺。在热处理过程中，用特殊的炉子加热滚子的内圈和外圈，使碳渗入零件表面。由此产生的高碳外表层非常坚硬耐磨，而芯部的低碳钢相对较软，使得轴承部件在面对冲击载荷时更加坚韧。
渗碳轴承内圈
三
寻找轴承钢短板
近年来，瓦轴与国外主要轴承钢生产厂家，如瑞典奥沃科、美国铁姆肯、日本杨珊等进行了技术交流，详细了解了其生产工艺和质量要求，也检验和评价了其真实水平。
表1-表5列出了瓦轴与国外某知名轴承制造商的主要技术指标对比。从标准上看，瓦轴用轴承钢与国外知名公司的产品相比，技术指标要求相差不大，甚至有些指标如有害元素、夹杂物等要求更高。可以这样理解，其实国外企业更注重轴承钢的冶炼制造工艺，钢材的冶炼加工是一个庞大而完整的生产过程。很多工艺流程中每一个微小的制造环节都会对质量产生致命的影响，这是无法通过有限数量的样本来真实全面反映的。因此，对于专有产品的设备、生产线和工艺的固化，一致的过程控制是质量的根本保证。因此，国外轴承钢的物理水平远远高于其标准要求。
表1化学成分和有害元素对比
表2宏观检查对比
表3根据ISO4967检测的非金属夹杂物对比
表4根据SEP1927宏观夹杂物水浸测试要求进行的比较。
随着我国轴承钢物理质量和轴承行业质量要求的提高，标准也在不断修订和升级。目前执行的主要轴承钢标准有:GB/T18254-2016高碳铬轴承钢、GB/T3203-2016渗碳轴承钢、GB/T33161-2016汽车轴承渗碳钢、GB/T32959-2016高碳铬轴承钢。T3086-2019高碳铬不锈钢轴承钢、YB/T4572-2016轴承钢滚圈及毛坯、GB/T28417-2012碳素轴承钢、GB/T29913-2013风电设备用轴承钢，GB/T应用范围包括通用轴承、风电、汽车、轨道交通、航空空航空航天等特殊领域。其中，GB/T18254-2016高碳铬轴承钢是应用最广泛的轴承钢，也被业界公认为国际先进标准之一。
值得一提的是，中信特钢旗下的兴成特钢已经发展成为全球轴承钢产销量最大的特钢企业。其高等级轴承钢大量供应瑞典SKF、德国舍弗勒、日本NSK等世界著名轴承公司，产品冶金质量达到国际领先水平。
但在轴承钢成分设计、产品系列化、标准化等方面，我国与国外仍有较大差距。，如品种和品牌单一，没有针对不同应用领域进行产品的系列化和细分化。此外，由于从原材料设计到轴承制造再到应用的全过程周期长、成本高、风险大，没有太多的试验性和开创性工作，无法构建适合自己的具有中国特色的轴承钢和轴承产品体系。
四
轴承钢未来可期
据中国特钢企业协会统计，“十三五”期间，预计特钢协会会员轴承钢粗钢产量1730万吨，比“十二五”期间增长17.1%。2018年，轴承钢粗钢产量创历史新高，达到392万吨。2019年小幅降至365万吨。2020年前11个月产量355.7万吨，同比增长10.1%。中国已成为世界上最大的轴承钢生产国。虽然精度上中外有差距，但是中国轴承钢在艰难的环境下做出了未来。
产业对比不是比一个轴承钢的精度或者一个成功的案例，而是比一整套产品和配套的设备和技术，这也是轴承钢在中国未来的发展。
来源:金属加工
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