大冶特殊鋼有限公司總工程師  周立新

一、 企業簡介

大冶特殊鋼有限公司（以下簡稱大冶特鋼）的前身為原冶金工業部大大冶特鋼廠，是中國現存Z早的鋼鐵企業之一，棣屬于中信泰富特鋼集團股份有限公司。經過近百年的不斷發展，現已成為我國裝備Z齊全、生產規模Z大的特殊鋼生產企業之一，擁有高爐、轉爐、電爐、特種冶煉、特種鍛造、連軋棒材及軋制鋼管等先進裝備，是全球生產規模Z大、產品規格覆蓋Z廣的中厚壁無縫鋼管生產基地、我國高合金鋼鍛材生產基地、我國高標準合金鋼棒材生產基地。擁有國家級企業技術中心、湖北省工程技術中心、高品質特殊鋼湖北省重點實驗室，全國石油石化特鋼技術中心、博士后科研工作站，公司主導產品涉及軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼、工模具鋼、易切削鋼、特種高強鋼、不銹鋼、高溫合金、國防軍工鋼等重點大類，能生產各種棒材、扁材、鍛材、鍛件、中厚壁無縫管等800多種品種、1800多個規格，產品廣泛應用于航天航空、艦船、兵器、機械制造、鐵路、汽車、海洋工程、高速交通、石油化工、高壓鍋爐等領域。產品暢銷國內，遠銷韓、日、美、東南亞、歐盟、中東、印度、澳大利亞等近50個國家和地區。2019 年公司生產鋼365 萬噸，鋼材 297 萬噸。其中出口鋼材 65 萬噸，軸承鋼48萬噸。

大冶特鋼近年先后獲得湖北省長江質量獎、十八屆全國質量獎、第四屆中國工業大獎表彰獎、2017 年成為工信部批綠色工廠。公司以戰略為導向，堅持推進“兩化融合”， 建成行業示范效應的智能化平臺，兩化融合水平高于同行業 94.15%的企業，是全國首批通過兩化融合管理體系認證企業。2018 年，2 個項目被工信部確定為行業示范。通過與鋼鐵研究總院、中科院金屬研究所、北京交通大學等合作，承擔了 20 余項國家科技攻關計劃、重點新產品計劃等國家級項目，先后有2個項目獲得工信部強基工程支持。2019 年獲得國家科技進步一等獎；公司作為起草單位承擔制定、修訂國家標準和行業、團體標準19項，參與國家、行業、團體標準 38 項。截至目前擁有有效專利 205項，其中發明專利54項。公司實施以“精品+規模+服務”為戰略導向的“產、銷、研”協同聯動，打造精品品牌。

大冶特鋼自二十世紀六十年代開始生產軸承鋼，是我國Z早的軸承鋼生產基地之一，生產量Z高時占全國有統計口徑的30%以上。多年來，通過不斷地技術裝備更新和工藝技術科研攻關，以高端精品軸承鋼為代表的系列產品系列無論是品種、技術、生產、質量管控、市場開發均獲得了冶金行業內令人矚目的成績。其中：

（1）高標準軸承鋼產品已獲得瑞典SKF、德國舍弗勒、日本捷太格特、NTN、美國TIMKEN等世界Z著名軸承企業的多項產品認證和供貨資格，是國內通過品種數量Z多、材料規格Z全、尺寸Z大的供應商，已通過高碳、中碳、滲碳等系列牌號認可，Z大鍛材規格達600mm，包括軸承鋼銀亮材，冷拉材、熱軋材、熱鍛材、環件等。

（2）大冶特鋼是鐵道部鐵路軸承材料的定點供應廠家，已經連續供貨30余年，鐵路軸承材料供應占其50%以上，穩居國內位，而且是國內Z早同時通過鐵道部客貨兩用軸承材料認可的供應商。鐵路用真空脫氣模鑄滲碳軸承鋼在國內家通過我國鐵道部門認證認可，開發的真空脫氣鐵路滲碳軸承鋼SAE8720M通過美國安捷特BRENCO公司認可，訂貨量逐年增加，出口到印度、俄國等國家，填補了國內的空白。

（3）大冶特鋼風電軸承材料專業生產線可以生產覆蓋風電主軸軸承，增速機軸承、偏航變槳軸承用多個鋼種及型號的高端風電軸承鋼，為用戶實現一攬子解決方案，確保在高端風電軸承用鋼領域材料流程Z佳、質量Z穩定及Z佳性價比設計，全力打造國有風電軸承用鋼品牌產品。產品質量得到國內外知名企業認證認可，其中高端風電鋼球鋼市場份額在80%以上。

大冶特鋼高標準軸承鋼主要生產線如下：

（1）電渣軸承鋼生產線：轉爐（電爐）+LF+RH——連鑄或模鑄——電渣重熔——軋制或鍛造成材。

（2）真空脫氣模鑄軸承鋼生產線：電爐+LF+RH——模鑄——軋制或鍛造成材。

（3）真空脫氣連鑄軸承鋼生產線：轉爐（電爐）+LF+RH——連鑄——軋制成材。

（4）雙真空特種冶煉軸承鋼生產線：真空感應——真空自耗——軋制或鍛造成材。

二、重大技術和產品突破

1、超純凈度長壽命高碳鉻軸承鋼100Cr6、SUJ2、GGCr15等系列品種開發及工藝技術研究

通過鋼水超高純凈冶煉工藝技術研究及工業實驗、大顆粒夾雜物檢測方法完善、大方坯軸承鋼連鑄工藝技術的研究，高碳軸承鋼高溫擴散和分段式控軋控冷碳化?均勻化控制技術研究，完善和優化高標準軸承鋼的冶煉、軋制、熱處理工藝參數，形成一整套具有自主知識產權和技術訣竅的超高純凈軸承鋼材料的生產技術體系。

通過上述技術成果應用，成功開發了超高純凈度長壽命高碳鉻軸承鋼100Cr6、SUJ2、GGCr15等系列品種。產品質量達到先進水平，滿足氧含量≤6.0ppm，鈦含量≤15ppm，鈣含量≤3ppm，DS≤1.0級，碳化物帶狀≤CZ7.4，網狀≤CZ5.3的標準要求，得到了瑞典SKF、德國舍弗勒等知名軸承制造企業的認可，并實現了批量供貨。

將鋼坯進行一定時間的高溫擴散是目前改善和消除軸承鋼碳化物帶狀和液析行之有效的方法之一。高溫擴散溫度越高則擴散速度越快，擴散時間越長則擴散效果越好，但是過高的溫度會導致鋼坯過熱或過燒而報廢，過長的時間會增加生產成本，降低生產效率。公司通過運用ANSYS進行溫度仿真計算出合理的適合大冶特鋼現場生產的自主知識產權的軋制制度，有效保證了軸承鋼的碳化物均勻性。

圖1  有限元軟件計算溫度場

在熱加工后的冷卻過程中，由于碳在奧氏體中溶解度降低，二次碳化物沿奧氏體晶界呈網狀析出，隨后的淬火不能消除它，保留在鋼中的碳化物網狀會顯著地提高零件的脆性，降低其承受重載荷的能力，使零件亦容易沿晶界開裂破壞。公司利用有限元分析軟件研究軸承鋼控軋控冷工藝溫度場模擬，指導生產軋制過程，開發了合理的適合大冶特鋼現場生產的自主知識產權的控軋控冷工藝，確保了產品具有良好的碳化物網狀組織均勻性。

目前，日本、德國、瑞典的軸承鋼等代表了先進水平，大冶特鋼研發的高標準軸承鋼在殘余元素的控制、純凈度、碳化物均勻性等多項指標達到先進水平。指標對比見下表。

項目采用進口KOCKS定減徑機控制成品鋼材尺寸，鋼材直徑公差和外觀橢圓度高于國標一組精度要求，達到先進水平。可以實現小數點規格訂貨，更利于客戶精確使用，節省成本。

 2、高標準新型汽車輪轂軸承鋼SAE1055、S55C、65Mn等品種開發及工藝技術研究

輪轂軸承是汽車的關鍵零部件，隨著汽車輕量化技術的發展，轎車已經廣泛的使用轎車輪轂單元。磨損或損壞的輪轂軸承或輪轂單元會使車輛在行駛的路途中發生不合適宜的且成本較高的失效，甚至造成安全事故。高性能的原材料是證輪轂軸承安全使用的保障。故要求汽車輪轂軸承要具有較高的潔凈度、組織均勻性及力學性能。

該項目研究了高潔凈化冶煉技術，連鑄過程全程保護澆鑄，防止鋼液二次污染技術，輕壓下降低鋼心部與與邊緣成分偏析程度技術，內控微量元素設計保障鋼材性能指標技術，采取真空精煉降低鋼中氣體含量技術。合理的加熱軋制工藝，使鋼材獲得致密均勻的組織技術。

采用上述技術，成功開發高標準新型輪轂軸承鋼S55C、SAE1055、65Mn等系列品種。技術指標達到世界先進水平。得到了世界知名軸承制造業日本NTN、德國舍弗勒等的認證認可， 并實現了批量供貨。

3、高標準真空脫氣模鑄軸承鋼工藝技術研究及系列品種開發

高標準真空脫氣模鑄軸承鋼主要包括風電主軸軸承和偏航變槳滾動體用高端軸承鋼100CrMnSi6-4、100Cr6、GCr15SiMn，鐵路用高標準滲碳軸承鋼SAE8720M、SAE8620、G20CrNi2MoAT，以及大型工程機械等領域用高標準軸承鋼。

風力發電是風能利用中技術Z成熟、Z具規?；蜕虡I化發展前景的發電技術之一。國家十三五戰略規劃將風力發電定位為我國重點發展的能源戰略目標，同時也是實施我國能源安全的重要舉措之一。風電軸承包括從主軸和偏航變槳所用的軸承，到齒輪箱和發電機用的高速軸承。由于風場大多坐落于高山、沙漠、海洋離岸，自然環境惡劣、運行環境復雜多變、安裝及維修維護不便，因此對軸承零件的質量要求非常苛刻。不但要求軸承具有足夠的強度和承載能力，還要求壽命不低于20年。風電主軸、偏航、變槳、齒輪箱、發電機用的高標準軸承鋼材料作為風電關鍵部件材料，其質量尤為重要，是保證風電機組在惡劣環境下長時間正常運轉的關鍵因素之一。這就對鋼材提出了高的?求，既要有高的純凈度也必須有高的組織均勻性和致密性。

國內鐵路軸承鋼主要采用電渣工藝生產，但是國外已經采用真空脫氣模鑄工藝生產，為此高端模鑄鐵路軸承鋼的開發迫在眉睫。

該項目研究開發了Z新高標準風電軸承鋼、鐵路軸承鋼生產技術技術，包括下渣檢測、渣系再造技術、過程氣體測量、可控量化澆鑄技術、自主開發并運用全封閉氬封保護技術、軋制大壓下技術、碳化物均勻化控制技術及分段式控軋控冷技術等。

項目開發的渣系再造技術，即電爐（轉爐）出鋼扒渣工藝，是生產過程增加的一個全新的工藝流程，通過大量的試驗及摸索，渣系配比、脫氧工藝、成分調整時機等工藝參數的優化，使得扒渣工藝符合我公司現場生產操作。通過分析：運用扒渣工藝，軸承鋼氧含量下降明顯，下降超出1.0ppm；另外Ti含量的控制也更穩定，比未扒渣的工藝降低近3ppm，從而更進一步降低TiN夾雜物的形成幾率，達到提升鋼水純進度的目的。另外，自主開發的氬氣全封閉保護澆注技術防止了鋼水的二次氧化污染。

采用上述技術成果成功開發了系列高標準真空脫氣模鑄風電軸承鋼100CrMnSi6-4、100Cr6、GCr15SiMn等品種，其中：高碳鋼平均氧含量達到4.75ppm，平均Ti含量達到10.8ppm，組織致密，微觀夾雜物級別低；滿足高標準風電軸承鋼要求。產品實物質量達到先進水平。風電軸承鋼得到國內外知名企業認可，并實現批量供貨，高端滾動體軸承鋼品種占國內80%以上的市場份額。

采用上述技術成果成功開發了系列高標準真空脫氣模鑄鐵路軸承鋼SAE8720M、SAE8620等品種，其中：滲碳軸承鋼平均氧含量達到5.3ppm，平均Ti含量達到12.5ppm，晶粒度達到8級，組織致密，微觀夾雜物級別低，淬透性控制穩定。滿足高標準鐵路軸承鋼要求。產品實物質量達到先進水平。鐵路用滲碳軸承鋼在國內得到北美Brenco等知名軸承制造企業的認證認可，并實現了批量的供貨。同時開發的國內鐵路貨車用鋼G20CrNi2MoAT得到了鐵道部門的認證認可。

將歐洲某企業軸承鋼與大冶特鋼模鑄高碳鉻軸承鋼夾雜物用ASPEX對比分析（50mm2面積上不同大小夾雜物個數對比情況），大冶特鋼生產的模鑄鋼球用鋼技術指標達到先進水平，在國內處于領先水平。

4、高標準電渣軸承鋼工藝技術研究及系列品種開發

大冶特鋼高端電渣軸承鋼開發品種主要包括：高速鐵路用電渣軸承鋼GCr15、G20CrNi2MoA、GCr18Mo、大型盾構機用電渣軸承鋼42CrMoE、GCr15SiMn、大型工程機械用電渣軸承鋼G20Cr2Ni4、軍用等領域高端軸承鋼等。大型盾構機用軸承鋼Z大可生產到20T電渣鋼錠，大冶特鋼在國內Z早開發電渣鐵路軸承鋼G20CrNi2MoA、GCr15、GCr18Mo和軍用電渣軸承鋼，產品質量達到世界先進水平，國內Z優，近年來經過不斷地工藝優化，產品質量不斷提升。一直保持國內50%以上的市場份額。

盾構機是一種應用于隧道掘進施工的工程機械，盾構機主軸承是盾構機的關鍵部件，承擔著盾構機運轉過程的主要載荷，其工作環境惡劣，主軸承要承受高速旋轉、巨大載荷和強烈溫升，因此其壽命和可靠性直接影響盾構機的施工安全。目前全部依賴進口。大冶特鋼在國內率先開發了盾構機主軸用電渣軸承鋼，Z大鋼錠到達20噸，在洛軸應用試驗中完全滿足標準要求。

項目針對軸承鋼的成分特點，開展了系列的工藝技術研究，提出了多組電渣重熔用渣系成分，對渣系熔化溫度、粘度、密度光學、堿度、電導率等特性進行了計算或測試，并進行定量金相分析。同時采用全封閉式的惰性氣體保護電渣爐進行電渣重熔，有效防止重熔渣吸氧。經過電渣重熔后的鋼錠中夾雜物的數量及尺寸均有明顯的下降，夾雜物的面積百分比較原始電極中下降50%以上。大冶特鋼電渣軸承鋼熔煉應用惰性氣體保護，恒熔速控制，防止成分燒損，成分波動??；電渣鋼成分均勻、組織致密、純凈度高。

通過系列新工藝技術的應用，開發的高端電渣軸承鋼，高碳鋼氧含量達到10ppm以內，非金屬夾雜物A粗不大于0.5級，Ds不大于0.5級，按SEP1927標準高頻探傷檢測，缺陷為0，碳化物帶狀不大于2.0級，低倍組織致密均勻；中碳和滲碳軸承鋼氧含量達到12ppm以內，非金屬夾雜物A粗不大于0.5級，Ds不大于0.5級，按SEP1927標準高頻探傷檢測，缺陷為0，低倍組織致密均勻。

連鑄、模鑄、電渣不同冶煉工藝軸承鋼低倍組織對比如下圖，電渣鋼組織更加均勻致密。低倍組織均勻性致密性好，按國標評級：按國標檢測一般疏松、中心疏松、偏析均0.5級以下，零件熱處理變形小。塔型和高頻探傷檢測，電渣鋼均為0。材料穩定性更好。

選高碳GCr15電渣鋼、滲碳G20CrNI2MoA電渣鋼在同等的條件下與真空脫氣模鑄鋼進行力學性能沖擊韌性試驗。電渣鋼耐沖擊韌性明顯優于真空脫氣模鑄鋼。

試樣要求：對高碳鉻軸承鋼進行室溫沖擊測試，樣品規格55×10×10mm，無缺口縱向取樣，測試溫度23℃，試樣熱處理制度：840℃×30min，油冷 + 170℃×3h空冷；對滲碳軸承鋼進行室溫沖擊測試，樣品規格55×10×10mm，U型缺口，缺口深度2mm，縱向取樣，測試溫度23℃。熱處理工藝：880℃×30min，油冷 + 180℃×2h空冷 + 805℃×30min，油冷 + 200℃×2h空冷。檢測單位鋼研總院。實驗結果如下：

鋼材疲勞壽命是檢測鋼材綜合性能的Z有效的方法之一，我們將本項目開發的高品質軸承鋼在洛陽軸研所進行疲勞試驗，在4.5Gpa的應力室溫的條件下，發現該項目開發的真空脫氣高標準軸承鋼和電渣軸承鋼疲勞壽命高于知名軸承鋼生產企業。同時，開發的高標準電渣軸承鋼疲勞壽命更優于真空脫氣鋼。

三、后期開發計劃

(1)持續開展高標準連鑄、模鑄、電渣軸承鋼生產工藝技術研究，為我國軸承制造企業提供更優質的軸承鋼材料；

(2)開展高標準軸承鋼全流程質量管控、深入推進“零缺陷”理念，為客戶提供高穩定性的軸承鋼材料；

(3)開發超純凈超均勻超大規格真空脫氣模鑄和電渣軸承鋼材料，適應行業發展需求；

(4)開發航天航空等極端環境用軸承鋼材料；

(5)開發高性能高性價比軸承鋼新材料。

（來源：中國軸承工業協會）