轴承用材料质量现状与发展

轴承用材料质量现状与发展中国轴承工业协会技术委员会材料专业委员会雷建中一我国轴承工业面临的形势轴承作为关系到国民经济发展的关键机械基础件，其技术、制造水平的高低和产品质量的优劣对主机的性能和质量有着至关重要的影响。随着科学技术的迅猛发展和高效、节能、环保、长寿命、高可靠性等方面的要求，主机制造厂家对与其配套的轴承在各个方面提出的要求越来越高，苛刻的条件、低廉的价格是轴承行业及相关行业（例如轴承钢制造业）目前必须面临的主要问题和不得不接受的事实。我国轴承工业经过五十多年来的建设与发展，特别是通过从“六五”到“九五”期间的二十年的建设和技术改造，目前已具备相当的生产规模和较高的技术、质量水平。具有一定规模的轴承生产厂家由解放初期的十几家发展到1500余家；职工人数从不足千人壮大到近80万人；轴承年产量从1949年的13.8万套增加到目前的20多亿套；轴承品种累计从100多个增加到7000多个，规格多达28000多个。随着我国轴承工业的迅猛发展，加之我国巨大的市场潜力和相对低廉的劳动力价格，近几年来吸引了包括国外轴承知名公司（例如SKF、FAG、NSK、NBM、KOYO、TIMKEN、TORRINGTON等）先后以独资、合资、合作等形式在我国投资办厂。随着国外知名轴承生产企业在国内的发展，对我国轴承设计技术水平的提高、生产工艺和生产管理的规范化、生产装备水平的现代化、产品的质量和使用性能的提高等方面起到了很大的推动作用。我国在去年顺利地加入了世界贸易组织（WTO），这对我国轴承工业是一次难得的机遇和巨大的挑战。一方面“入世”必将大大地促进我国轴承工业的技术改造和技术进步，因为只有加大技术改造力度和技术进步的投入，才能迅速提高我国轴承生产企业的工艺装备的现代化，提高劳动生产率，降低生产成本，提高轴承产品质量，在激烈的市场竞争中即保住国内市场份额的同时，又不断扩大出口，这是我国轴承工业在今后得以生存与发展的必由之路。另一方面，我国轴承生产企业将面临来自国外知名轴承公司的激烈挑战和竞争，其结果必将加速我国轴承工业的产业结构和产品结构的调整步伐。总而言之，“入世”对我国轴承工业真可谓机遇与挑战并存、生存与发展同在，如何抓住机遇，提高企业的生存能力，在生存的同时如何求得不断地、快速地发展是摆在我国轴承行业面前不可回避、也无法回避的问题。目前，我国生产的轴承产品可以满足国内所需品种的70%以上，数量达90%以上的要求，每年的轴承出口量也以较高的比例递增，我国已跨入世界轴承生产大国的行列。目前，我国轴承产量达20亿套以上，产值200多亿元，年出口7.7亿套，出口创汇约达7亿美元，世界排名第4。但我们必须清楚地看到，我国轴承工业低、散、差的问题依然存在，普通微型、小型、中小型深沟球轴承仍在大量低水平地重复生产，导致严重的供过于求，市场竞争十分激烈。由于市场竞争激烈，部分轴承生产企业（尤其是生产规模较小、技术水平较低、产品质量较差的中小企业）为了求得一席生存空间，只能在产品销售价格上大做文章，导致我国绝大多数生产企业不得以而为之，价格大战愈演愈烈。如果这种情况较长期地持续下去，势必要影响到整个轴承行业技术改造和技术进步，将严重地制约我国轴承工业的健康的发展，严重影响我国生产的轴承在国际上的声誉。对轴承产品质量要求严、技术附加值高的轴承，例如轿车轴承，高速、准高速铁路轴承，各种进口设备维修用轴承，部分高精度、高附加值和在特殊工况条件下使用的专用轴承供应缺口较大，仍需要大量的进口。例如，1999年我国进口轴承成品高达6.4亿套，占我国轴承产量的32%，占我国轴承消费总量的42%。目前，我国生产的轴承产品在性能与价格比、高精度、低噪音、长寿命与高可靠性等方面与国外知名企业存在着较大的差距。“九五”期间，在中国轴承工业协会的领导下，经过众多轴承生产企业的大力支持和共同努力，使我国生产的轴承在高精度和降噪方面取得了很大的成绩，大大缩短了与国外轴承之间的差距。“十五”期间，中国轴承工业协会提出了将“提高轴承的使用寿命和可靠性”作为奋斗目标之一是十分正确的，而且多次指出：轴承用材料的质量和轴承零件热加工（包括锻造、热处理）质量的提高是完成“十五”期间的奋斗目标的工作重点。下面针对轴承用材料方面目前存在的问题及在“十五”期间的主要工作内容及计划制定发展规划如下。二、提高轴承钢材料质量是当务之急（一）我国轴承钢材料质量的现状轴承钢材料的质量高低对轴承产品的加工质量、使用寿命和可靠性的优劣起着至关重要的作用。目前，随着我国轴承工业的迅猛发展，轴承产品无论与国内主机生产厂家配套的数量或对外出口的数量，每年都以较大的增长速度递增，使轴承钢的需求量同样以较大的比例递增。据不完全统计，2002年我国轴承钢的需求量达到100万吨左右（包括高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢及特种轴承钢），其中：高碳铬轴承钢每年用量约93万吨，渗碳轴承钢用量约5万吨，不锈轴承钢、碳钢及特种轴承钢约2万吨。另外，在每年的高碳铬轴承钢的用量中，大型轴承用钢（钢材棒料直径大于100毫米）约占20%，即18~20万吨；中小型轴承用钢（热轧不退火钢材直径20~90毫米）约占65%，即60万吨左右；滚动体及微型用料（包括热轧退火、冷拔轴承钢材小于20毫米）约占15%，即14万吨左右。二十多年来，经过我国冶金行业和轴承行业共同的努力，使我国轴承钢材料的质量有了明显地进步。尤其是近几年来，随着《高碳铬轴承钢》国家标准（GB/T18254-2002）和《高碳铬轴承钢丝》（GB/T）的制订和实施，加上许多特殊钢厂引进了国外的先进工艺及设备，使我国轴承钢的冶炼水平、冶金质量上了一个台阶，在一些技术和质量指标方面已达到或接近国外的先进水平。例如，大多数国家重点特殊钢厂生产的轴承钢的氧含量都能满足新国家标准的要求，生产轴承钢质量好的特殊钢厂生产的模铸轴承钢的氧含量能控制在9-13ppm范围内，连铸轴承钢中的氧含量能控制在6-10ppm范围内。由此可见，我国重点特殊钢生产厂家生产的轴承钢中的氧含量已接近国外生产轴承钢先进国家的水平。另外，近几年来上钢五厂将自己生产的模铸轴承钢送到SKF公司检验并得到了该公司的认证。江苏兴澄钢铁有限公司也分别得到了SKF、FAG、NSK、NTN等世界知名轴承公司的认证或允许他们在我国开办的轴承生产厂家使用该厂生产的轴承钢加工轴承零件。但是，在看到这些年来所取得的显著成绩的同时，我们还应该对我国轴承钢质量的现状保持非常清醒的认识。从我国轴承钢生产的整体质量水平和各个厂家生产轴承钢的质量稳定性而言，尚与国外发达国家的质量水平存在有较大的差距。（二）对轴承、轴承用钢及冶金质量的基本要求滚动轴承零件要在拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值之下，高速而长时间地工作。因此，对滚动轴承要求具有：1）高的抗塑性变形能力2）高的抗摩擦、磨损性能3）高的旋转精度及尺寸精度4）好的尺寸稳定性5）长的使用寿命和高的可靠性为了满足以上对滚动轴承所要求的性能的要求，对轴承钢材料提出了以下一些基本的性能要求：1）高的接触疲劳强度2）热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度3）高的耐磨性、低的摩擦系数4）高的弹性极限5）良好的冲击韧性和断裂韧性6）良好的尺寸稳定性7）良好的防锈性能；8）良好的冷、热加工性能根据以上对轴承用钢的基本要求，可以对轴承用钢的冶金质量提出以下的基本要求：1）严格的化学成分要求2）较高的尺寸精度要求，对于使用在高速镦锻机上锻造的热轧退火棒料，应该对其尺寸精度有更高的要求3）特别严格的纯洁度要求4）严格的低倍组织和显微（高倍）组织要求5）特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求：表面缺陷包括表面裂纹、表面夹渣、毛刺、折迭、结疤、氧化皮等；内部缺陷包括缩孔、气泡、白点、过烧、严重的疏松和偏析、显微孔隙等。6）严格的碳化物不均匀性要求7）严格的表面脱碳层深度要求8）其他要求：例如轴承钢的冶炼方法、氧含量、退火硬度、断口、残余元素、火花检验、交货状态等。（三）我国轴承钢材料研究及冶金质量等方面所存在的主要问题目前，我国生产的轴承用钢研究及冶金质量等方面存在有以下比较突出的问题如下：1．缺乏冶金行业和轴承行业之间的紧密合作不断提高轴承的加工质量、使用性能及寿命和可靠性是世界各国轴承行业永远不变的追求。轴承产品质量的方面提高要求轴承钢材料质量也要不断提高，轴承行业与冶金行业的奋斗目标是一致的。只有轴承行业的不断发展，轴承钢的需求量才能不断扩大，冶金行业才能得到不断地发展；只有冶金行业技术水平的不断进步，轴承钢材料质量得以不断地提高，才能从根本上保证轴承产品质量的不断提高和轴承行业的健康发展。由此可见，两行业之间的关系应该是建立在同舟共济、共同发展基础之上的。长期以来，两行业一直保持着良好的合作关系，共同为我国轴承钢材料的冶金质量的提高做出了很大的贡献。以往的合作主要集中在轴承钢标准的制订、新材料的开发、关键军工轴承用材料冶金质量的提高及部分钢厂轴承钢材料质量的全面检验等方面，但在如何不断提高民用轴承用材料的冶金质量以提高轴承的使用寿命和可靠性，针对不同工况条件下使用的轴承特性进行新材料的研究开发，以提高其使用性能、寿命和可靠性（近几年来，国际上先进国家在这方面开展了许多的工作），共同研究《高碳铬轴承钢》国家标准中遗留的、新出现的问题，为进一步完善标准等方面缺乏全面地合作。在美国、瑞典及日本等发达国家，在研究提高轴承钢冶金质量方面的工作都是由轴承生产企业根据主机厂家对轴承提出的服役条件要求，轴承和冶金两行业共同进行材料方面的研究，因为轴承钢材料冶金质量是否能满足轴承的要求，并不是仅仅靠一个或几个简单的冶金质量指标就能完全说明问题，真正的、唯一的衡量标准是能否满足了轴承的使用寿命和可靠性的要求。另外，共同的合作弥补了双方的不足，使冶金技术人员知道轴承的特性及使用的工况条件，根据其特性有针对性地改进材料化学成分、冶炼工艺、质量检验方法及控制指标，最终的考核均是以轴承寿命试验机或接触疲劳寿命试验机的实验测试结果来评价，例如日本研制的长寿命轴承钢（Z钢）及超长寿命高可靠性轴承钢（EP钢）、提高在污染环境条件下轴承抗表面疲劳剥落的NSJ2轴承钢、提高冷加工性能和寿命的KUJ2轴承钢、KUJ7中温用轴承钢等均是双方合作研究的成果。第三，由于双方共同开展的新材料研制或提高轴承钢材料质量的研究是为了满足轴承生产企业的具体需要，加快了产业化的步伐。以前，我国轴承钢生产厂家和轴承制造厂家之间的关系仅仅是简单的供需关系，与洛阳轴承研究所的合作也仅仅是建立在国家科研项目合作的基础上，原计划经济时期形成的只在本部门中合作等传统观念仍没有太大的改变。有时，一个或几个钢厂联合完成国家关于改进轴承钢冶炼方法或提高其质量项目后，最终的科研成果仅仅是一个或几个有关质量指标的改进报告，很少进行轴承寿命的试验验证，造成科研与生产应用的严重脱节。例如，近几十年来，我国的轴承钢冶炼技术和设备改造一直围绕着如何降低氧含量、提高钢材的纯洁度进行了卓有成效的工作，使我国轴承钢中的氧含量从八十年代的20ppm以上降低到15ppm以下，甚至质量好的特殊钢生产企业在氧含量控制指标方面以接近或达到国外的先进水平。但为什么我国生产的轴承钢加工成轴承后，其使用寿命和可靠性与国外的产品存在有明显的差距,为什么我国生产的轴承钢的质量在国际上没有令人满意的地位,难道这不令我们深刻地反思吗？2．观念仍需更新、增强危机意识、适应市场经济随着我国加入世界贸易组织，对我国的各个轴承钢生产企业而言同轴承行业一样面临着更大的挑战，甚至挑战性更大。钢铁生产属于规模经济，需要有科学的管理体系、先进的工艺装备、丰富的技术经验、严格的质量控制、优质的实物质量、完善的售后服务来保证。从我国钢铁工业的整体水平而言，在全方位上我们都与国外先进国家存在有一定的差距，加上计划经济遗留下来的顽症仍未完全消除，严重制约着我国钢铁工业的健康发展。由于轴承的特点，对轴承钢的质量要求是在所有钢种中要求最严的一种，有人将轴承钢的冶炼技术和质量水平比喻为代表一个国家的冶金技术水平的标志。