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高端轴承钢生产及应用技术趋势

发布时间:2021-03-05信息来源:浏览次数:789

1 前言

国际钢铁界通常把轴承钢的质量水平视为特殊钢生产技术水平和产品质量水平的重要标志。随着我国经济发展,中国轴承行业已形成2000多亿元的经济规模,对轴承钢的需求量也达到了约370万吨/年。我国轴承钢品种以GCr15、GCr15SiMn钢为主,占市场销售量的95%以上,呈现出品种单一的特点;同时轴承产品也以低端轴承和中小型轴承为主,与国外高端轴承和大型轴承等高附加值轴承相比,存在较大差距。重大装备用轴承产品一直以来制约着我国高端装备制造业的发展,国务院提出的16个重大技术装备关键领域,15个都与轴承相关,这充分说明了我国在高端轴承制造方面的短板。

2 高端轴承钢的研究现状与趋势

2.1高速铁路客车轴承钢的研究现状与趋势

时速160km以上的铁路轴承均为进口轴承,地铁轴承也均以国外进口轴承为主。目前,我国生产时速160km及以下的铁路轴承钢均采用电渣重熔工艺,主要是基于产品质量稳定性考虑。随着我国炼钢技术水平的提升,纯净度控制和质量稳定性有了较大改善,鉴于国外真空脱气轴承钢在轨道交通领域的成功应用,国内部分企业经过CRCC批准,正在进行真空脱气钢在铁路货车轴承上的小批量应用试验。

我国高铁轴承材料的研发仍停留于台架测试阶段,尽管目前部分台架测试已完成,且试验结果已满足时速250km高铁轴承的指标要求,但由于各种原因仍未进行装车路试。

2.2航空航天用高端轴承钢的研究现状及趋势

作为航空发动机关键基础件的主轴轴承和齿轮,其寿命、可靠性与国外相比,存在较大差距,已成为制约我国航空发动机发展的主要因素之一。

目前,国内批量生产用于航空、航天关键部件的轴承钢产品的特钢生产企业不超过4家,其中抚顺特钢生产的航空、航天轴承钢的品种及规格最为齐全,可生产M50Nil、W9Cr4V2Mo等全系列航空轴承钢产品。另外,X30、CSS-42L等牌号的产品正处于与相关科研院所合作研发中。国内高端航空、航天轴承材料已呈现出供不应求的局面,因而国内应进一步加大高端航空、航天轴承钢材料的生产规模,也应进一步推动中国高功重比、长寿命、高可靠性、耐高温的航空轴承钢品种研发,以助推我国航空航天领域发展。

2.3风电行业用高端轴承钢的研究现状及发展趋势

轴承属于风电机组的核心零部件。风电轴承的范围涉及从叶片、主轴、偏航变桨、变速箱和发电机用的所有轴承。由于风电设备一般安装在环境恶劣的区域,安装、维修十分困难,且维修成本十分高昂,因而对轴承零件的质量要求更加严格。

目前,国内风电主轴等高端风电轴承,仍以采用斯凯孚(SKF)、铁姆肯(TIMKEN)等国际化大公司的产品为主。我国洛轴、瓦轴等知名轴承企业也参与批量生产风电轴承产品,但应用的部位及轴承配套数量与国外公司仍有一定差距。在轴承钢产品方面,国内生产风电轴承钢仅有抚顺特钢、大冶特钢等少数特钢企业,每年需从瑞典奥沃科(OVAKO)、美国铁姆肯(TIMKEN)等公司进口一定量的高端轴承钢产品,以弥补国内产品质量水平和供应能力方面的不足。一直以来,国内以GCr15SiMn、G20Cr2Ni4A等品种作为风电主轴轴承用原材料,但随着风机容量的不断增大,已体现出GCr15SiMn材料淬透性能力不足及G20Cr2Ni4A成本较高的问题。而国外企业已经根据风电轴承的应用环境、载荷等使用条件形成了轴承钢产品的系列化,在保证产品质量的前提下成本也大大降低,这些都凸显了我国在轴承材料创新方面的不足。

3 特种冶炼轴承钢研发进展

在某些领域,随着真空脱气钢实物质量的大幅度提升,出于对制造成本和其他一些方面因素的考虑,部分特种冶炼轴承钢被真空脱气钢所代替,这符合趋势性发展要求。但在某些特殊领域,特种冶炼轴承钢的质量水平和稳定性是真空脱气钢无法比拟和替代的。特种冶炼钢所特有的高真空度、高凝固速度、高渣洗效果等,都是真空脱气钢所不具备的。目前,电渣炉、真空感应炉、真空自耗炉等先进特种冶炼设备绝大部分为国外进口,说明国外对特种冶炼的重视和特种冶炼产品的较大需求。真空脱气完全替代电渣重熔或双真空工艺冶炼轴承钢类产品是不现实的。因而,国内的特钢企业也需进一步加大特种设备投入力度,以进一步提高我国特种轴承钢、高端材料的生产能力。下面以抚顺特钢电渣重熔工艺冶炼的ZGCr15钢为例,对在特种冶炼轴承钢方面取得的一些进展进行简要论述。

3.1化学成分控制

化学成分控制方面,对于残余及有害元素等均有明确的内控要求。同时精准控制铝、氮含量,保证成品铝氮比,有助于晶粒细化;电极高控铝,减少电渣过程吸氧量;对于铜、镍残余元素,充分挖掘其有益作用,在满足标准的前提下将其控制在一定范围内,进一步提高钢材的淬透性、抗大气腐蚀性和冲击韧性。另外,设计成分时,充分考虑用户?订货规格、加工用途等信息,以制定出合理的成分控制方案,防止因成分设计导致的产品质量风险。

3.2 电极质量控制

电渣锭的质量好坏很大程度上取决于电极质量水平,因此母电极的制备过程尤为重要。原材料方面,选用优质废钢、高纯合金料等优质原料。冶炼工艺方面,控制初炼炉出钢

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