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斯凯孚与中国轴承钢发展共赢经验之鉴

去20年,中国轴承钢伴随着经济的腾飞经历了快速的发展,很多应用场景的轴承钢已迈入国际先进水平行列。但不可否认,在航空和高铁等一些高要求应用场景,国产轴承钢的参与度仍较低 ;钢厂之间轴承钢质量水平差距大,低质量水平轴承钢还在大量生产。如何实现中国轴承钢再腾飞?斯凯孚(SKF)在过去20多年深耕中国轴承钢开发中所取得的经验, 可引以为鉴。


1 斯凯孚对中国轴承钢的开发历程

斯凯孚在中国的历史可谓源远流长,早在 1912 年,也就是年轻的瑞典纺织技师斯文·温奎斯特创立斯凯孚品牌后的第五年,便进入了中国市场。斯凯孚中国于 20 世纪 90 年代开始在中国设立轴承制造工厂,现已演进为一家知识、技术和数据驱动,以交付可靠运转为使命的公司。在中国, 斯凯孚为汽车、风电、铁路、机床、医疗、食品和饮料、造纸等 40 多个行业提供产品和服务。通过将斯凯孚集团在世界各地不同行业获取的成功经验及知识相结合,斯凯孚在中国实现了快速发展。目前,斯凯孚在中国已经拥有 17 个生产基地,并积极践行“区域资源服务区域市场”的战略。


大量轴承的本地化生产,需要大量优质的轴承钢。如今, 斯凯孚中国工厂使用的绝大部分轴承钢已实现了中国的本土化采购。为何斯凯孚能兼顾轴承钢本地化采购及轴承质量可靠稳定?这是因为斯凯孚曾拥有可生产世界先进水平轴承钢的特钢企业,以及作为一家百年轴承企业所沉淀的丰厚知识、经验积累和标准化管理。


早在 1916 年,斯凯孚就收购了 HoforsBruk 钢厂, 即世界著名的轴承钢制造商之一奥沃科(Ovako)的前身,并在近一个世纪的生产和运营管理中,将其打造成特殊钢行业的领先制造者,创造出世界领先的纯净钢生产工艺,形成集团化公司,并将业务拓展到全球。SKF-MR 工艺, 因可把氧含量和夹杂物控制到极低的程度,被视为经典冶炼法并载入众多的教科书中,斯凯孚的材料标准亦被普遍视为高端轴承钢的对照标杆。由于轴承钢的质量水平很大程度上决定了轴承的性能和寿命,斯凯孚集团采用全球统一且素以“严格” 著称的钢材批准流程。在对中国轴承钢的认证方面,同样遵循集团统一的认证流程。炼钢工艺过程、实物质量和质量保证能力都必须满足全球统一标准,且需得到斯凯孚全球材料专家组一致同意方可批准。


实际上,在 21 世纪 初,斯凯孚还只能从国外进口轴承钢。随后的转变得益于斯凯孚坚定不移地走本地化开发之路。20 世纪 90 年代,一批先进的超高功率、偏心底出钢电弧炉被中国特钢企业引进,为优质轴承钢的生产打下基础。但当时中国轴承钢的质量水平还较低,和斯凯孚的要求差距巨大,这主要是三方面的原因:1)钢厂对优质轴承钢的认识不足 ;2)钢厂对纯净轴承钢的生产工艺没有掌握 ;3)钢企落后的质量管理理念导致产品质量稳定性差。


过去 20 多年,斯凯孚投入大量人力、物力与中国钢厂进行合作开发。在 20 世纪 90 年代,斯凯孚派出一批顶级的材料、测试专家到中国。这些专家对当时中国轴承钢行业的评价是 :“中国的钢厂还没有像西方国家那样建立起纯净轴承钢的生产经验,要让中国钢厂生产出优质的轴承钢,需要手把手、耐心地传授经验。” 从此,斯凯孚开始从三个方面助力中国钢厂发展轴承钢。


1.1  帮助中国钢厂理解什么是优质轴承钢

帮助中国钢厂理解优质轴承钢,首先从指导钢厂怎么制金相试样开始。在评判钢材的纯净度时,几微米的微观夹杂物都需要清楚地识别出来,但当时钢厂传统的金相制样质量差,检测人员常常会把微观夹杂物都当成污染物剔除。为推动钢厂提升制样装备的自动化水平,斯凯孚为钢厂检验人员提供到斯凯孚欧洲实验室培训的机会,并派专家到钢厂现场培训,毫无保留地将制样技能传授给钢厂。这给钢厂上了注重细节的第一课。


然而,制样只是准确评判微观夹杂物的第一步。当时中国轴承钢标准还非常落后,微观非金属夹杂物评价准则模糊,大尺寸不变形微观夹杂(DS)、非传统类微观夹杂如 TiCN 等未纳入微观夹杂物的评定。面对此种状况,斯凯孚对相关钢厂进行了“斯凯孚微观非金属夹杂物评价体系”培训,并反复进行微观非金属夹杂物评定一致性的验证。除了夹杂物,作为评价钢材组织均匀性的指标——碳化物的不均匀性,也是影响轴承寿命的一个重要因素。彼时,大方坯连铸在国内已普及,但国际、国内标准中碳化物不均匀性评判标准却并不适用于大方坯连铸生产的轴承钢。于是,斯凯孚根据碳化物不均匀性对轴承寿命的影响,建立起一套适合于连铸轴承钢的碳化物不均匀性评价体系,并及时宣贯到中国钢厂。


这些行动,让钢厂技术人员真正了解自己生产的轴承钢与斯凯孚要求的差距,从而有了努力的方向。


1.2  指导钢厂建立纯净轴承钢生产理念

建立纯净轴承钢生产理念,是生产纯净轴承钢的必要条件。轴承钢作为钢中之王,生产工艺复杂,而当时的中国钢厂,普遍采用以成分达标、抽检合格作为主要目标的粗犷生产方式。每个工序都会发现很多影响钢水纯净度的不恰当操作方式,例如 :为了避免真空脱气过程铝损大而选择在真空脱气后添加铝 ;连铸前喂硅钙线以改善可浇性 ;模铸时无保护气氛便进行敞开式浇注……斯凯孚耐心地灌输纯净轴承钢的生产理念,逐步改变钢厂的传统操作习惯,对耐材、合金、钢包、脱氧工艺、精炼渣、真空脱气、保护浇铸、液位波动控制、高温扩散、控制轧制等轴承钢生产的全过程都进行细节控制,并固化工艺流程,确保所有斯凯孚的牌号都在指定的工艺路径生产。


1.3  推行零缺陷理念,确保质量的稳定性

纯净轴承钢是生产出来的,而不是靠检验挑出来的。质量稳定性是斯凯孚对纯净轴承钢的另一基本要求。20 世纪 90 年代的钢厂质量意识淡薄,“能拿到钢材已经不错,为何还来抱怨我的质量问题” 是当年斯凯孚在钢厂碰到的真实案例。在钢厂推行零缺陷理念,在当年看起来是一件不可思义的事。但斯凯孚没有放弃, 因为过程控制极其重要,所有的钢材抽检方案都是基于稳定的过程而策划的。如果过程不稳定,即使检验结果合格也不可以接受。通过无数次的现场培训和审核,钢厂开始理解零缺陷要求,并将之作为日常的行为准则,无论技术人员或现场操作员工,一提起斯凯孚产品的工艺要求都能熟记于心。通过斯凯孚的认证是个痛苦而漫长的过程,第一批企业均花了八年以上的时间才获得斯凯孚的正式批准。而在中国钢厂轴承钢的开发过程中,斯凯孚派出上百人次的专家团队帮助钢厂提高,并动用了美国、德国、瑞典、荷兰、法国、印度等多个斯凯孚实验室资源对中国钢厂的材料进行确认。


轴承钢企业的长足进步, 其根本驱动力还是源于钢厂管理者变革的决心及实际行动。斯凯孚的推动使得钢厂在发展过程中少走了很多的弯路,这种模式也适用于推动未来中国轴承钢的进一步发展。


2 中国轴承钢的现状

2.1  轴承钢标准进步显著, 标准认知有待提高

中国的轴承钢标准在过去十年中有了较大的进步。新国标 GB/T 18254-2016《高碳铬轴承钢》对大颗粒球状夹杂物(DS)、碳氮化钛(TiCN)夹杂物及 Sn、As、Sb、Pb、Al、Ti、Ca 等化学元素的控制都作出了要求,同时将 GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》(ISO 4967)A 法作为微观夹杂物评判准则,这相对于 GB/T 18254-2002《高碳铬轴承钢》有了很大的进步。然而,目前国内尚有很多钢厂对 GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》中的 A 法缺乏应有的认识,造成偏差。比如,有些钢厂的连铸轴承钢质保书上显示,按 GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》中的 A 法评价, 球类不变形微观夹杂 D 类细夹杂物、D 类粗夹杂物及 DS 系夹杂物均为零。实际上,这样的结果是处于国际先进水平的钢厂都很难达到的。低水平钢厂没法真正意识到自己的差距,也促使不熟悉轴承钢的轴承企业过度收紧微观夹杂物的接收标准。


2.2  加强对宏观夹杂物的重视是提升轴承钢质量的必要条件之一

新国标制定时,考虑到当时高频探伤国内应用技术不太成熟,并未如斯凯孚一样将高频水浸探伤作为对宏观夹杂物检测的强制要求,但宏观夹杂正是当前国内很多钢厂亟需关注的指标。目前,中国的轴承钢企业仍存在两极分化的情况,一些企业生产的常规轴承钢水平已跻身于世界先进行列,还有一些企业尽管使用世界一流的冶炼装备,但仍生产不出高品质轴承钢。其中一个主要原因是钢中宏观夹杂物太多,而宏观夹杂是导致轴承提前失效的重要因素。在斯凯孚对市场上随机抽取的普通轴承钢进行 10MHz 高频水浸探伤试验中发现,大于 10mm 的宏观夹杂不在少数。由于很多钢厂和轴承企业没能像斯凯孚一样有效地识别钢中宏观夹杂物及意识到其带来的风险,导致低质量水平的轴承钢仍大量在市场流通。


2.3  开发适用于高要求应用场景的轴承钢,需要轴承企业和钢厂的紧密合作

对于绝大多数用于高要求应用场景的轴承钢品种,尽管中国的特钢企业已经拥有如保护气氛电渣冶炼和双真空冶炼等必要的生产装备,但由于相关轴承企业的高端轴承钢没在中国批量采购而使得中国钢厂缺少实践的机会。另外,并不是拥有了优质的轴承钢,就一定能生产出优质的轴承。如斯凯孚生产的航空发动机轴承, 除了对关键零件钢材有极高的要求,对后道工艺等都进行着严苛的把控,最终才能制造出满足航空发动机恶劣工作环境的轴承。因此,开发适用于高要求应用场景的轴承钢,需要先进的轴承企业和先进钢厂的紧密合作。


3 合作共赢,推动中国轴承钢再腾飞

卓越性能的轴承是卓越的轴承设计、卓越的轴承制造工艺及优质轴承钢的结合。斯凯孚已深深扎根于中国这片土地,根据“区域资源服务于区域市场”的战略,斯凯孚持续加大在中国的投资。未来,更多斯凯孚的高端轴承都将逐步走向本地化,因此所需轴承钢的本土化开发已被提上议程。斯凯孚会继续与中国钢厂合作开发高品质轴承钢,并愿为中国轴承钢标准的进一步提升及轴承钢的再腾飞作出贡献。(斯凯孚中国钢铁技术经理 黄平)

(来源:世界金属导报)



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