高端轴承的坎,我们突破了
轴承钢被誉为“钢中之王”,过去很长一段时间,我国的轴承钢质量和国际先进水平有很大差距,导致我国的高铁规模虽然全球第一,但是高铁列车用的轴承却不得不高价进口,因为这个领域长期被欧美和日本保持。
只要是旋转的机械几乎都离不开轴承这个核心零件,大到轮船、火车和飞机,小到手机、电脑等,都要用到轴承,它也被誉为高端装备的“关节”,它的工作环境很复杂,比如强力的挤压、摩擦或者高温等,工作环境越复杂对轴承的要求越高,由于技术难度高投入大,所以想要攻克高端轴承并不容易,它是衡量一个国家科技、工业实力的重要标准,所以也是大国崛起绕不开的坎,为何我们老说欧美是工业大国?因为在这些重要领域他们基本都掌握了核心技术,而我们还在不少领域需要一步步突破。

制约高端轴承发展的主要还是市场因素,全世界掌握高端轴承的国家10多个,基本都是欧美日等老牌资本主义国家,他们早就垄断了全球高端轴承的生产和销售,关键是全球对高端轴承的需求量并不大,我们以2020年为例,我国进口的高中低端轴承总金额只有43亿美元,约合人民币278亿,相比2019年我们还增长了19.8%,而高端轴承只是其中一部分,我国的需求量都不大,可想而知全球高端轴承的市场规模了,所以许多企业和国家不愿意在这个领域投入,因为哪怕是攻克了高端轴承,也因为市场小赚不到多少钱而倒闭,而且还要面临欧美日老牌工业化的竞争,所以许多国家和企业不愿意涉足这个领域,对于小国来说,高端轴承产业可有可无,大不了进口满足自己的需求,但对于一个想要成为世界大国的我们来说,高端轴承是我们必须攻克的领域。因为高铁、飞机、军舰、坦克、宇宙飞船等都需要用到它,而这些都是大国的标志。那么我们是如何一步步攻克高端轴承的呢?本期内容就带大家一起了解一下。
想要造出高端轴承首先需要造出高端的轴承钢,它是全世界最顶级的一种钢,也是钢铁生产中要求最严的钢种,目前全世界市场上应用到的最顶级的是5ppm钢,5ppm钢是个什么东西呢?大家都知道,炼钢实际上就是去除杂质和氧的过程,杂质和含氧量越低钢就越好,特殊需求的钢例外。ppm是氧含量的单位,5ppm的钢就是钢中的氧含量控制在5ppm以下,一般能做到8ppm的钢就是好钢了,欧美日的老牌资本主义国家基本能做到5ppm以下,所以造高端轴承钢对他们而言是轻而易举的事。过去我们长期造不出5ppm钢,就是工艺不过关。

随着我国高铁、风电等大规模兴建和普及,对高端轴承的需求量就越来越大了,洛轴就是这个行业的代表之一,洛轴旗下有很多分公司,我们就统称为洛轴介绍,洛轴的前身是洛阳轴承厂,大家不要小看这个厂,它的故事可不简单,它是我国“一五”计划中156个重点建设项目之一,从这句话可以得知它是国营企业,而且诞生时间早且是我国重点项目。当时我国对这个厂可是非常重视,该厂生产的轴承毛主席亲自观看过,周恩来、朱德、邓小平等先后视察过这个厂。这个厂也没有辜负国家的期望,仅1958年创造的利税总额1127万元,相当于国家基建投资的1/10。1964年该厂开始淘汰苏联技术,向自主化和通用化道路前进。1999年,洛轴被国务院批准为国家重点企业,2004年被重组,成立洛阳LYC轴承有限公司。
洛轴长期致力于研发各种轴承产品,比如神舟飞船系列和嫦娥一号等,2006年,洛轴起草的《滚动轴承风力发电机轴承》标准,通过了全国滚动轴承标准技术委员会审定,于2007年9月1日在全国强制执行并推广,意味着中国风力发电设备的标准统一了,这也打破了制约国内风电行业发展的瓶颈,而中国风电世界第一,我们的标准意味着以后极大可能成为世界的标准,标准的制定才是大国的标配,标准才是最赚钱的营生。洛轴为何有资格来起草这个标准?因为洛轴和瓦轴两家公司研制的轴承,是风力发电的关键国产设备,这就是实力的体现,虽然这个领域长期被西方垄断,但他们后来发力逐渐开始取代进口国,高端轴承主要应用在三个领域:高铁轴承、风电轴承和军用轴承。

说了风电轴承再说高铁轴承,我国在高铁轴承钢一直很落后,21世纪初,中国高铁项目大规模上马,对高端轴承的需求量未来只会越来越大,所以国家加大了对高端轴承钢的投入和攻关。
我们很早就知道通过添加稀土,可以让钢变得更坚韧,但如何添加却是西方垄断的核心机密,很多年前我们稀土为何被贱卖?因为我们不知道如何使用,只能贱卖了买他们的高端产品。2011年我们开始实验添加稀土,但是性能却一直不稳定,通过无数次的试验,我们终于找到了合适的比例和方法,成功降低了含氧量。虽然洛轴当时研发出了高端轴承,声称能满足时速350公里的高铁,但是需要大规模的试验并不能立即投入市场化,一直在实验室里做试验积累数据,不过他们的另一款产品却通过了国家验收,最终在国产25k型客车上,25k型客车就是时速140公里的高速列车,虽然还无法上马时速250公里和350公里高铁项目,但至少是个进步,到2020年,洛轴的高端轴承终于达到了120万公里的耐久性实验,意味着中国终于解决了时速250公里和350公里的高铁轴承。
除了洛轴能生产高端轴承外,我国不少企业都已经突破了技术,比如兴澄特钢,它已经是全世界最大的轴承钢生产企业了,这家企业生产的轴承钢,氧含量≤5ppm,钛含量≤10ppm,大颗粒夹杂物DS≤0.5级,大家看这段数据可能没有感觉,但是2016年世界知名轴承企业德国舍弗勒公司给出一份数据,他们把全球知名钢材的轴承进行疲劳测试,结果兴澄特钢的轴承钢疲劳寿命是国外知名钢企的2.5倍。还有另外一个例子证明中国高端轴承钢的崛起,大家知道日本在轴承钢领域很强,日本椿中岛集团过去更是这个领域的翘楚,长期以来他们垄断了全球50%的轴承钢珠市场,结果他们2016年就开始从中国企业进口轴承钢珠,然后贴上自己的标签称是日本生产,而且这个量非常大,占了他们出口的1/3。

除了企业在研发,我国的大学也在攻关,比如西北工业大学材料学院刘东教授和其团队,就研发出了强力旋轧技术,利用这个技术可以去除更多的杂质,以夹杂物为例,国外顶级钢夹杂物尺寸小于等于10微米,国内最大粒径达到却高达50-52微米,他这个技术就可以让我们和西方处于同一水平。他也因为这个技术获得了国家级奖项,2020年国家领导人亲自给他颁奖以资鼓励。
高端轴承对我们很重要,在风电、高铁产品的大规模运营上,不但避免了卡脖子的风险,而且还降低了费用,国内有数据曾表示,换装国产轴承后,一节车厢的成本可以节省3.2万元,虽然节省的费用并不多,但是未来中国对高端轴承的需求会更大,所以节省的费用将是一个很大的数字,而在军用装备领域重要性就更重要了,比如各种大型军舰、坦克、战机等,越是先进的武器越离不开高端轴承,比如歼20就需要用到高端轴承等。

虽然我国轴承钢取得了突破,但是轴承却还需要努力,我国轴承的设计和生产还比较单一,很多型号都还没有,当然这主要是我们我们轴承钢突破时间短导致,相信未来用不了多少时间,更多国产高端装备将像高铁一样换上国产“关节”。
最后补充一点:我国在高端制造领域为何落后?主要还是基础材料领域落后,比如对稀土的研究比较落后,虽然我们是稀土生产大国,但如何利用稀土的属性,制造出更多特性的材料,就是我们落后的领域之一,我们以航空发动机为例,叶片和轴承的材料工艺不过关,就是对稀土的利用没有到位,所以过去很长一段时间,我们的发动机一直处于落后状态。我们想要成为美国那样的高科技大国,就必须在基础材料领域加大投入,还要培养更多相关人才。