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                            高端軸承鋼生產及應用技術趨勢

                            發布時間:2021-03-05信息來源:瀏覽次數:694

                            1 前言

                            國際鋼鐵界通常把軸承鋼的質量水平視為特殊鋼生產技術水平和產品質量水平的重要標志。隨著我國經濟發展,中國軸承行業已形成2000多億元的經濟規模,對軸承鋼的需求量也達到了約370萬噸/年。我國軸承鋼品種以GCr15、GCr15SiMn鋼為主,占市場銷售量的95%以上,呈現出品種單一的特點;同時軸承產品也以低端軸承和中小型軸承為主,與國外高端軸承和大型軸承等高附加值軸承相比,存在較大差距。重大裝備用軸承產品一直以來制約著我國高端裝備制造業的發展,國務院提出的16個重大技術裝備關鍵領域,15個都與軸承相關,這充分說明了我國在高端軸承制造方面的短板。

                            2 高端軸承鋼的研究現狀與趨勢

                            2.1高速鐵路客車軸承鋼的研究現狀與趨勢

                            時速160km以上的鐵路軸承均為進口軸承,地鐵軸承也均以國外進口軸承為主。目前,我國生產時速160km及以下的鐵路軸承鋼均采用電渣重熔工藝,主要是基于產品質量穩定性考慮。隨著我國煉鋼技術水平的提升,純凈度控制和質量穩定性有了較大改善,鑒于國外真空脫氣軸承鋼在軌道交通領域的成功應用,國內部分企業經過CRCC批準,正在進行真空脫氣鋼在鐵路貨車軸承上的小批量應用試驗。

                            我國高鐵軸承材料的研發仍停留于臺架測試階段,盡管目前部分臺架測試已完成,且試驗結果已滿足時速250km高鐵軸承的指標要求,但由于各種原因仍未進行裝車路試。

                            2.2航空航天用高端軸承鋼的研究現狀及趨勢

                            作為航空發動機關鍵基礎件的主軸軸承和齒輪,其壽命、可靠性與國外相比,存在較大差距,已成為制約我國航空發動機發展的主要因素之一。

                            目前,國內批量生產用于航空、航天關鍵部件的軸承鋼產品的特鋼生產企業不超過4家,其中撫順特鋼生產的航空、航天軸承鋼的品種及規格最為齊全,可生產M50Nil、W9Cr4V2Mo等全系列航空軸承鋼產品。另外,X30、CSS-42L等牌號的產品正處于與相關科研院所合作研發中。國內高端航空、航天軸承材料已呈現出供不應求的局面,因而國內應進一步加大高端航空、航天軸承鋼材料的生產規模,也應進一步推動中國高功重比、長壽命、高可靠性、耐高溫的航空軸承鋼品種研發,以助推我國航空航天領域發展。

                            2.3風電行業用高端軸承鋼的研究現狀及發展趨勢

                            軸承屬于風電機組的核心零部件。風電軸承的范圍涉及從葉片、主軸、偏航變槳、變速箱和發電機用的所有軸承。由于風電設備一般安裝在環境惡劣的區域,安裝、維修十分困難,且維修成本十分高昂,因而對軸承零件的質量要求更加嚴格。

                            目前,國內風電主軸等高端風電軸承,仍以采用斯凱孚(SKF)、鐵姆肯(TIMKEN)等國際化大公司的產品為主。我國洛軸、瓦軸等知名軸承企業也參與批量生產風電軸承產品,但應用的部位及軸承配套數量與國外公司仍有一定差距。在軸承鋼產品方面,國內生產風電軸承鋼僅有撫順特鋼、大冶特鋼等少數特鋼企業,每年需從瑞典奧沃科(OVAKO)、美國鐵姆肯(TIMKEN)等公司進口一定量的高端軸承鋼產品,以彌補國內產品質量水平和供應能力方面的不足。一直以來,國內以GCr15SiMn、G20Cr2Ni4A等品種作為風電主軸軸承用原材料,但隨著風機容量的不斷增大,已體現出GCr15SiMn材料淬透性能力不足及G20Cr2Ni4A成本較高的問題。而國外企業已經根據風電軸承的應用環境、載荷等使用條件形成了軸承鋼產品的系列化,在保證產品質量的前提下成本也大大降低,這些都凸顯了我國在軸承材料創新方面的不足。

                            3 特種冶煉軸承鋼研發進展

                            在某些領域,隨著真空脫氣鋼實物質量的大幅度提升,出于對制造成本和其他一些方面因素的考慮,部分特種冶煉軸承鋼被真空脫氣鋼所代替,這符合趨勢性發展要求。但在某些特殊領域,特種冶煉軸承鋼的質量水平和穩定性是真空脫氣鋼無法比擬和替代的。特種冶煉鋼所特有的高真空度、高凝固速度、高渣洗效果等,都是真空脫氣鋼所不具備的。目前,電渣爐、真空感應爐、真空自耗爐等先進特種冶煉設備絕大部分為國外進口,說明國外對特種冶煉的重視和特種冶煉產品的較大需求。真空脫氣完全替代電渣重熔或雙真空工藝冶煉軸承鋼類產品是不現實的。因而,國內的特鋼企業也需進一步加大特種設備投入力度,以進一步提高我國特種軸承鋼、高端材料的生產能力。下面以撫順特鋼電渣重熔工藝冶煉的ZGCr15鋼為例,對在特種冶煉軸承鋼方面取得的一些進展進行簡要論述。

                            3.1化學成分控制

                            化學成分控制方面,對于殘余及有害元素等均有明確的內控要求。同時精準控制鋁、氮含量,保證成品鋁氮比,有助于晶粒細化;電極高控鋁,減少電渣過程吸氧量;對于銅、鎳殘余元素,充分挖掘其有益作用,在滿足標準的前提下將其控制在一定范圍內,進一步提高鋼材的淬透性、抗大氣腐蝕性和沖擊韌性。另外,設計成分時,充分考慮用戶?訂貨規格、加工用途等信息,以制定出合理的成分控制方案,防止因成分設計導致的產品質量風險。

                            3.2 電極質量控制

                            電渣錠的質量好壞很大程度上取決于電極質量水平,因此母電極的制備過程尤為重要。原材料方面,選用優質廢鋼、高純合金料等優質原料。冶煉工藝方面,控制初煉爐出鋼

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