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问题|“硬”技术解决“钢”问题——西工大科研团队攻破高端轴承钢技术难题

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陕西日报讯（采访人员 吕扬）所有旋转的机械中几乎都有一个核心部件——轴承 ， 而制造轴承所需的材料轴承钢 ， 则因其直接关乎轴承的寿命和可靠性 ， 被誉为“钢中之王” 。
【问题|“硬”技术解决“钢”问题——西工大科研团队攻破高端轴承钢技术难题】然而 ， 我国所生产的轴承钢质量与国际先进水平有较大差距 ， 高端轴承钢的研发、制造与销售长期被国外的轴承巨头所垄断 ， 核心技术更是被严密封锁 。 这也就意味着 ， 国内企业每制造一套产品就需要向国外买一次轴承 。
近期 ， 西北工业大学材料学院刘东教授团队研发的强力旋轧技术（PTR） ， 突破了轴承钢的“卡脖子”技术 ， 打破了国外技术垄断 ， 破解了行业难题 。
目前 ， 通过强力旋轧技术改性后的轴承钢已在多个项目中得到运用 ， 完全能够满足高端轴承钢生产质量要求 ， 将该技术运用到其他材料 ， 如钛合金和高温合金的生产中 ， 也取得了良好的效果 。
“我们身处一个飞速旋转的时代 。 高速公路上疾驰的汽车、铁轨上奔驰的列车、厂房内机器齿轮毫不停歇……而带动机械旋转起来的就是轴承 ， 制造轴承的轴承钢的质量如何就是关键 。 ”刘东教授说 ， 轴承的工作环境严峻而复杂 ， 不仅需要高速稳定的旋转 ， 而且还要承受强力的挤压、摩擦 ， 甚至超高温的检验 。 “因而高端的轴承钢 ， 其质量和可靠性有着严苛的要求 。 ”
很多企业无法从国内厂家寻求到符合高使用需求的轴承钢 ， 不得不花高价进口 。
“我们是钢铁大国 ， 但要走向钢铁强国 ， 在战略性新兴产业和制造强国战略重点发展领域中 ， 我们面临着极大的‘卡脖子’风险 。 ”团队成员告诉采访人员 ， 我国所生产的轴承钢质量与国际先进水平有较大差距 。 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 ， 大小相差五倍之多。
轴承钢属于高碳钢 ， 其含碳量在所有钢中比较高 。 如果碳化物分布不均匀且呈大块状 ， 就会严重影响质量 。
那么 ， 如何提升轴承钢的质量呢？刘东教授说：一是轴承钢内部足够纯净 ， 夹杂物质越少越好；二是轴承钢足够均匀 ， 材料内的颗粒物尽量细小、弥散 。
“就像揉面的时候撒了一把盐 ， 要是面没有揉匀 ， 那么面里就都是又咸又硬的疙瘩 。 ”刘东教授解释说 ， “让盐更细小均匀地分布在材料里就是我们团队追求的目标和需要攻克的难题 。 ”
刘东教授和其团队一路走来 ， 攻坚克难 ， 他骄傲地表示：“经过不懈的努力 ， 轴承钢中氧含量、夹杂物、偏析等技术问题已经得到有效解决 。 行业中最后一个老大难——碳化物 ， 也被我们团队攻克！”
刘东教授和团队创新性提出的“强力旋轧技术”利用曼内斯曼效应 ， 在径向轧制的同时施加强力旋转 ， 依靠连续局部压扭复合变形 ， 实现轴承管材碳化物均匀细小弥散 。
“还是以揉面为例 ， 你揉的面变形越大 ， 越能揉得均匀 。 揉好的关键就在于怎么‘揉’ 。 ”刘东教授说 ， 简而言之 ， 这一技术在揉面的时候让面的多个方向都变形 ， 而且变形的数值非常大 ， 可谓把面揉得又透又劲道 。
听起来逻辑很简单 ， 其中蕴含的却是刘东教授和团队孜孜不倦的追求与艰辛探索 。 他们“十年磨一剑” ， 经过不断的攻关测试 ， 终于突破技术瓶颈 ， 如今研究出3个世界首创 ， 申请到66项发明专利 ， 强力旋轧技术就是其中一项 。
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 ， 而且每年以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 ， 其中汽车轴承占40%左右 ， 轴承钢中的夹杂物与碳化物的质量控制水平低 ， 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 。 该技术大大提高了GCr15轴承钢硬度 ， 处于世界顶尖水平 。 除此以外 ， 采用该技术后 ， 轴承寿命和可靠性得到大幅度提高 ， 平均寿命达到计算寿命的26倍 ， 可靠性达99.9% 。 更令人惊喜的是 ， 该技术可以显著提高材料利用率 ， 且生产流程可缩短2/3 。
“用我们的技术生产出的轴承钢表现非常亮眼 。 今年 ， 已有多家企业联系了我们 ， 希望我们的技术可以为汽车制造行业带来革新 。 ”谈及未来 ， 刘东教授充满信心 ， 一个崭新而广阔的市场正在等待挖掘 。

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