1　前言

國(guó)際鋼鐵界通常把軸承鋼的質(zhì)量水平視為特殊鋼生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量水平的重要標(biāo)志。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國(guó)軸承行業(yè)已形成2000多億元的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，對(duì)軸承鋼的需求量也達(dá)到了約370萬(wàn)噸/年。我國(guó)軸承鋼品種以GCr15、GCr15SiMn鋼為主，占市場(chǎng)銷售量的95%以上，呈現(xiàn)出品種單一的特點(diǎn)；同時(shí)軸承產(chǎn)品也以低端軸承和中小型軸承為主，與國(guó)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(chǎn)品一直以來(lái)制約著我國(guó)高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，國(guó)務(wù)院提出的16個(gè)重大技術(shù)裝備關(guān)鍵領(lǐng)域，15個(gè)都與軸承相關(guān)，這充分說(shuō)明了我國(guó)在高端軸承制造方面的短板。

2　高端軸承鋼的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1高速鐵路客車軸承鋼的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

時(shí)速160km以上的鐵路軸承均為進(jìn)口軸承，地鐵軸承也均以國(guó)外進(jìn)口軸承為主。目前，我國(guó)生產(chǎn)時(shí)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(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性考慮。隨著我國(guó)煉鋼技術(shù)水平的提升，純凈度控制和質(zhì)量穩(wěn)定性有了較大改善，鑒于國(guó)外真空脫氣軸承鋼在軌道交通領(lǐng)域的成功應(yīng)用，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)經(jīng)過CRCC批準(zhǔn)，正在進(jìn)行真空脫氣鋼在鐵路貨車軸承上的小批量應(yīng)用試驗(yàn)。

我國(guó)高鐵軸承材料的研發(fā)仍停留于臺(tái)架測(cè)試階段，盡管目前部分臺(tái)架測(cè)試已完成，且試驗(yàn)結(jié)果已滿足時(shí)速250km高鐵軸承的指標(biāo)要求，但由于各種原因仍未進(jìn)行裝車路試。

2.2航空航天用高端軸承鋼的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵基礎(chǔ)件的主軸軸承和齒輪，其壽命、可靠性與國(guó)外相比，存在較大差距，已成為制約我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的主要因素之一。

目前，國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)用于航空、航天關(guān)鍵部件的軸承鋼產(chǎn)品的特鋼生產(chǎn)企業(yè)不超過4家，其中撫順特鋼生產(chǎn)的航空、航天軸承鋼的品種及規(guī)格最為齊全，可生產(chǎn)M50Nil、W9Cr4V2Mo等全系列航空軸承鋼產(chǎn)品。另外，X30、CSS-42L等牌號(hào)的產(chǎn)品正處于與相關(guān)科研院所合作研發(fā)中。國(guó)內(nèi)高端航空、航天軸承材料已呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面，因而國(guó)內(nèi)應(yīng)進(jìn)一步加大高端航空、航天軸承鋼材料的生產(chǎn)規(guī)模，也應(yīng)進(jìn)一步推動(dòng)中國(guó)高功重比、長(zhǎng)壽命、高可靠性、耐高溫的航空軸承鋼品種研發(fā)，以助推我國(guó)航空航天領(lǐng)域發(fā)展。

2.3風(fēng)電行業(yè)用高端軸承鋼的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

軸承屬于風(fēng)電機(jī)組的核心零部件。風(fēng)電軸承的范圍涉及從葉片、主軸、偏航變槳、變速箱和發(fā)電機(jī)用的所有軸承。由于風(fēng)電設(shè)備一般安裝在環(huán)境惡劣的區(qū)域，安裝、維修十分困難，且維修成本十分高昂，因而對(duì)軸承零件的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。

目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)電主軸等高端風(fēng)電軸承，仍以采用斯凱孚（SKF）、鐵姆肯（TIMKEN）等國(guó)際化大公司的產(chǎn)品為主。我國(guó)洛軸、瓦軸等知名軸承企業(yè)也參與批量生產(chǎn)風(fēng)電軸承產(chǎn)品，但應(yīng)用的部位及軸承配套數(shù)量與國(guó)外公司仍有一定差距。在軸承鋼產(chǎn)品方面，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)風(fēng)電軸承鋼僅有撫順特鋼、大冶特鋼等少數(shù)特鋼企業(yè)，每年需從瑞典奧沃科（OVAKO）、美國(guó)鐵姆肯（TIMKEN）等公司進(jìn)口一定量的高端軸承鋼產(chǎn)品，以彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量水平和供應(yīng)能力方面的不足。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)以GCr15SiMn、G20Cr2Ni4A等品種作為風(fēng)電主軸軸承用原材料，但隨著風(fēng)機(jī)容量的不斷增大，已體現(xiàn)出GCr15SiMn材料淬透性能力不足及G20Cr2Ni4A成本較高的問題。而國(guó)外企業(yè)已經(jīng)根據(jù)風(fēng)電軸承的應(yīng)用環(huán)境、載荷等使用條件形成了軸承鋼產(chǎn)品的系列化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下成本也大大降低，這些都凸顯了我國(guó)在軸承材料創(chuàng)新方面的不足。

3　特種冶煉軸承鋼研發(fā)進(jìn)展

在某些領(lǐng)域，隨著真空脫氣鋼實(shí)物質(zhì)量的大幅度提升，出于對(duì)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(shì)性發(fā)展要求。但在某些特殊領(lǐng)域，特種冶煉軸承鋼的質(zhì)量水平和穩(wěn)定性是真空脫氣鋼無(wú)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(yīng)爐、真空自耗爐等先進(jìn)特種冶煉設(shè)備絕大部分為國(guó)外進(jìn)口，說(shuō)明國(guó)外對(duì)特種冶煉的重視和特種冶煉產(chǎn)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(chǎn)品是不現(xiàn)實(shí)的。因而，國(guó)內(nèi)的特鋼企業(yè)也需進(jìn)一步加大特種設(shè)備投入力度，以進(jìn)一步提高我國(guó)特種軸承鋼、高端材料的生產(chǎn)能力。下面以撫順特鋼電渣重熔工藝冶煉的ZGCr15鋼為例，對(duì)在特種冶煉軸承鋼方面取得的一些進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

3.1化學(xué)成分控制

化學(xué)成分控制方面，對(duì)于殘余及有害元素等均有明確的內(nèi)控要求。同時(shí)精準(zhǔn)控制鋁、氮含量，保證成品鋁氮比，有助于晶粒細(xì)化；電極高控鋁，減少電渣過程吸氧量；對(duì)于銅、鎳殘余元素，充分挖掘其有益作用，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下將其控制在一定范圍內(nèi)，進(jìn)一步提高鋼材的淬透性、抗大氣腐蝕性和沖擊韌性。另外，設(shè)計(jì)成分時(shí)，充分考慮用戶?訂貨規(guī)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(shè)計(jì)導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 電極質(zhì)量控制

電渣錠的質(zhì)量好壞很大程度上取決于電極質(zhì)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(yōu)質(zhì)廢鋼、高純合金料等優(yōu)質(zhì)原料。冶煉工藝方面，控制初煉爐出鋼