“钢中之王”轴承钢技术难题获重大突破

来源：中国青年报 2021-04-13 08:40:34

中国青年报讯（贾愫付怡中青报·中青网记者孙海华）记者近日从西北工业大学获悉：该校材料学院刘东教授和其团队研发的强力旋轧技术（PTR）取得重大突破，破解了我国相关行业发展的问题。

从汽车、高铁、飞机到仪器仪表、机械装备，所有旋转的机械中，几乎都能寻找到一个共同的核心部件——轴承。而制造轴承所需的材料——轴承钢，则因直接关乎轴承的寿命和可靠性，被誉为“钢中之王”。

“轴承的工作环境严峻而复杂，不仅需要高速稳定的旋转，还要承受强力的挤压、摩擦，甚至超高温的历练。”刘东教授告诉记者，正因如此，轴承钢的质量和可靠性，有着极为严苛的要求。

如何提升轴承钢的质量？刘东教授介绍，一是要内部足够纯净，夹杂物质越少越好；二是足够均匀，材料内的颗粒物尽量细小、弥散。然而令人遗憾的是，长期以来，我国生产的轴承钢质量与国际先进水平有着较大差距。以夹杂物为例，国外产品夹杂物尺寸完全小于等于10微米，而国内最大粒径达到50-52微米，“大小相差5倍之多”。

由于无法从国内厂家寻求到符合高质量需求的轴承钢，很多企业不得不花高价进口。这意味着：每制造一套产品，我们就需要向国外买一次轴承。

我国作为“钢铁大国”，如何能成为“钢铁强国”？经过我国科研工作者几十年的努力，轴承钢中的氧含量、夹杂物等技术问题已得到有效解决。行业中的最后一个“老大难”问题——“碳化物”也被刘东教授及其团队攻克。

由于轴承钢属于高碳钢，在所有钢中其含碳量较高。如果碳化物分布不均匀，且呈大块状，就会严重影响质量。刘东教授打了个比方：“就像揉面时撒了一把盐，如果面团没有揉碎、揉匀，面里就都是又咸又硬的疙瘩。”“让盐更细小、更均匀的分布在面里”，就是刘东教授团队追求的目标。

“还是以揉面为例，你揉得变形越大，越能揉得均匀，揉好的关键就在于怎么‘揉’。”刘东教授团队创新性地提出了“强力旋轧技术”——“这个技术就是在揉面的时候，让面的3个方向都变形，而且变形的数值非常大，可谓把面揉得又透又劲道。”

听起来简单的逻辑，却蕴含着刘东教授团队孜孜不倦的探索。团队“十年磨一剑”，经过不断攻关测试，终于突破了技术瓶颈，研究出3项“世界首创”技术，申请到66项发明专利。强力旋轧技术就是其中的一项。

据刘东教授介绍，中国轴承行业已形成近2000亿元的行业销售规模，且每年以12%-15%的速度增长，但生产的轴承还是以中低端轴承和中小型轴承为主。这其中，汽车轴承所占比例达到40%左右，轴承钢中的夹杂物与碳化物质量控制水平低，严重影响了国产汽车用轴承的寿命与可靠性,“强力旋轧技术的出现，或将有力改变这一现状”。

实验室数据显示：运用强力旋轧技术，晶粒尺寸由原来的50微米细化至10微米，碳化物尺寸仅为原先的1/10。轴承钢硬度同时大大提升，处于世界顶尖水平。此外，轴承的寿命和可靠性也大幅度提高。这一技术还可以显著提高材料利用率，生产流程大大缩短。

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