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斯凱孚與中國軸承鋼發展共贏經驗之鑒

去20年,中國軸承鋼伴隨著經濟的騰飛經歷了快速的發展,很多應用場景的軸承鋼已邁入國際先進水平行列。但不可否認,在航空和高鐵等一些高要求應用場景,國產軸承鋼的參與度仍較低 ;鋼廠之間軸承鋼質量水平差距大,低質量水平軸承鋼還在大量生產。如何實現中國軸承鋼再騰飛?斯凱孚(SKF)在過去20多年深耕中國軸承鋼開發中所取得的經驗, 可引以為鑒。


1 斯凱孚對中國軸承鋼的開發歷程

斯凱孚在中國的歷史可謂源遠流長,早在 1912 年,也就是年輕的瑞典紡織技師斯文·溫奎斯特創立斯凱孚品牌后的第五年,便進入了中國市場。斯凱孚中國于 20 世紀 90 年代開始在中國設立軸承制造工廠,現已演進為一家知識、技術和數據驅動,以交付可靠運轉為使命的公司。在中國, 斯凱孚為汽車、風電、鐵路、機床、醫療、食品和飲料、造紙等 40 多個行業提供產品和服務。通過將斯凱孚集團在世界各地不同行業獲取的成功經驗及知識相結合,斯凱孚在中國實現了快速發展。目前,斯凱孚在中國已經擁有 17 個生產基地,并積極踐行“區域資源服務區域市場”的戰略。


大量軸承的本地化生產,需要大量優質的軸承鋼。如今, 斯凱孚中國工廠使用的絕大部分軸承鋼已實現了中國的本土化采購。為何斯凱孚能兼顧軸承鋼本地化采購及軸承質量可靠穩定?這是因為斯凱孚曾擁有可生產世界先進水平軸承鋼的特鋼企業,以及作為一家百年軸承企業所沉淀的豐厚知識、經驗積累和標準化管理。


早在 1916 年,斯凱孚就收購了 HoforsBruk 鋼廠, 即世界著名的軸承鋼制造商之一奧沃科(Ovako)的前身,并在近一個世紀的生產和運營管理中,將其打造成特殊鋼行業的領先制造者,創造出世界領先的純凈鋼生產工藝,形成集團化公司,并將業務拓展到全球。SKF-MR 工藝, 因可把氧含量和夾雜物控制到極低的程度,被視為經典冶煉法并載入眾多的教科書中,斯凱孚的材料標準亦被普遍視為高端軸承鋼的對照標桿。由于軸承鋼的質量水平很大程度上決定了軸承的性能和壽命,斯凱孚集團采用全球統一且素以“嚴格” 著稱的鋼材批準流程。在對中國軸承鋼的認證方面,同樣遵循集團統一的認證流程。煉鋼工藝過程、實物質量和質量保證能力都必須滿足全球統一標準,且需得到斯凱孚全球材料專家組一致同意方可批準。


實際上,在 21 世紀 初,斯凱孚還只能從國外進口軸承鋼。隨后的轉變得益于斯凱孚堅定不移地走本地化開發之路。20 世紀 90 年代,一批先進的超高功率、偏心底出鋼電弧爐被中國特鋼企業引進,為優質軸承鋼的生產打下基礎。但當時中國軸承鋼的質量水平還較低,和斯凱孚的要求差距巨大,這主要是三方面的原因:1)鋼廠對優質軸承鋼的認識不足 ;2)鋼廠對純凈軸承鋼的生產工藝沒有掌握 ;3)鋼企落后的質量管理理念導致產品質量穩定性差。


過去 20 多年,斯凱孚投入大量人力、物力與中國鋼廠進行合作開發。在 20 世紀 90 年代,斯凱孚派出一批頂級的材料、測試專家到中國。這些專家對當時中國軸承鋼行業的評價是 :“中國的鋼廠還沒有像西方國家那樣建立起純凈軸承鋼的生產經驗,要讓中國鋼廠生產出優質的軸承鋼,需要手把手、耐心地傳授經驗?!?從此,斯凱孚開始從三個方面助力中國鋼廠發展軸承鋼。


1.1  幫助中國鋼廠理解什么是優質軸承鋼

幫助中國鋼廠理解優質軸承鋼,首先從指導鋼廠怎么制金相試樣開始。在評判鋼材的純凈度時,幾微米的微觀夾雜物都需要清楚地識別出來,但當時鋼廠傳統的金相制樣質量差,檢測人員常常會把微觀夾雜物都當成污染物剔除。為推動鋼廠提升制樣裝備的自動化水平,斯凱孚為鋼廠檢驗人員提供到斯凱孚歐洲實驗室培訓的機會,并派專家到鋼廠現場培訓,毫無保留地將制樣技能傳授給鋼廠。這給鋼廠上了注重細節的第一課。


然而,制樣只是準確評判微觀夾雜物的第一步。當時中國軸承鋼標準還非常落后,微觀非金屬夾雜物評價準則模糊,大尺寸不變形微觀夾雜(DS)、非傳統類微觀夾雜如 TiCN 等未納入微觀夾雜物的評定。面對此種狀況,斯凱孚對相關鋼廠進行了“斯凱孚微觀非金屬夾雜物評價體系”培訓,并反復進行微觀非金屬夾雜物評定一致性的驗證。除了夾雜物,作為評價鋼材組織均勻性的指標——碳化物的不均勻性,也是影響軸承壽命的一個重要因素。彼時,大方坯連鑄在國內已普及,但國際、國內標準中碳化物不均勻性評判標準卻并不適用于大方坯連鑄生產的軸承鋼。于是,斯凱孚根據碳化物不均勻性對軸承壽命的影響,建立起一套適合于連鑄軸承鋼的碳化物不均勻性評價體系,并及時宣貫到中國鋼廠。


這些行動,讓鋼廠技術人員真正了解自己生產的軸承鋼與斯凱孚要求的差距,從而有了努力的方向。


1.2  指導鋼廠建立純凈軸承鋼生產理念

建立純凈軸承鋼生產理念,是生產純凈軸承鋼的必要條件。軸承鋼作為鋼中之王,生產工藝復雜,而當時的中國鋼廠,普遍采用以成分達標、抽檢合格作為主要目標的粗獷生產方式。每個工序都會發現很多影響鋼水純凈度的不恰當操作方式,例如 :為了避免真空脫氣過程鋁損大而選擇在真空脫氣后添加鋁 ;連鑄前喂硅鈣線以改善可澆性 ;模鑄時無保護氣氛便進行敞開式澆注……斯凱孚耐心地灌輸純凈軸承鋼的生產理念,逐步改變鋼廠的傳統操作習慣,對耐材、合金、鋼包、脫氧工藝、精煉渣、真空脫氣、保護澆鑄、液位波動控制、高溫擴散、控制軋制等軸承鋼生產的全過程都進行細節控制,并固化工藝流程,確保所有斯凱孚的牌號都在指定的工藝路徑生產。


1.3  推行零缺陷理念,確保質量的穩定性

純凈軸承鋼是生產出來的,而不是靠檢驗挑出來的。質量穩定性是斯凱孚對純凈軸承鋼的另一基本要求。20 世紀 90 年代的鋼廠質量意識淡薄,“能拿到鋼材已經不錯,為何還來抱怨我的質量問題” 是當年斯凱孚在鋼廠碰到的真實案例。在鋼廠推行零缺陷理念,在當年看起來是一件不可思義的事。但斯凱孚沒有放棄, 因為過程控制極其重要,所有的鋼材抽檢方案都是基于穩定的過程而策劃的。如果過程不穩定,即使檢驗結果合格也不可以接受。通過無數次的現場培訓和審核,鋼廠開始理解零缺陷要求,并將之作為日常的行為準則,無論技術人員或現場操作員工,一提起斯凱孚產品的工藝要求都能熟記于心。通過斯凱孚的認證是個痛苦而漫長的過程,第一批企業均花了八年以上的時間才獲得斯凱孚的正式批準。而在中國鋼廠軸承鋼的開發過程中,斯凱孚派出上百人次的專家團隊幫助鋼廠提高,并動用了美國、德國、瑞典、荷蘭、法國、印度等多個斯凱孚實驗室資源對中國鋼廠的材料進行確認。


軸承鋼企業的長足進步, 其根本驅動力還是源于鋼廠管理者變革的決心及實際行動。斯凱孚的推動使得鋼廠在發展過程中少走了很多的彎路,這種模式也適用于推動未來中國軸承鋼的進一步發展。


2 中國軸承鋼的現狀

2.1  軸承鋼標準進步顯著, 標準認知有待提高

中國的軸承鋼標準在過去十年中有了較大的進步。新國標 GB/T 18254-2016《高碳鉻軸承鋼》對大顆粒球狀夾雜物(DS)、碳氮化鈦(TiCN)夾雜物及 Sn、As、Sb、Pb、Al、Ti、Ca 等化學元素的控制都作出了要求,同時將 GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》(ISO 4967)A 法作為微觀夾雜物評判準則,這相對于 GB/T 18254-2002《高碳鉻軸承鋼》有了很大的進步。然而,目前國內尚有很多鋼廠對 GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》中的 A 法缺乏應有的認識,造成偏差。比如,有些鋼廠的連鑄軸承鋼質保書上顯示,按 GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》中的 A 法評價, 球類不變形微觀夾雜 D 類細夾雜物、D 類粗夾雜物及 DS 系夾雜物均為零。實際上,這樣的結果是處于國際先進水平的鋼廠都很難達到的。低水平鋼廠沒法真正意識到自己的差距,也促使不熟悉軸承鋼的軸承企業過度收緊微觀夾雜物的接收標準。


2.2  加強對宏觀夾雜物的重視是提升軸承鋼質量的必要條件之一

新國標制定時,考慮到當時高頻探傷國內應用技術不太成熟,并未如斯凱孚一樣將高頻水浸探傷作為對宏觀夾雜物檢測的強制要求,但宏觀夾雜正是當前國內很多鋼廠亟需關注的指標。目前,中國的軸承鋼企業仍存在兩極分化的情況,一些企業生產的常規軸承鋼水平已躋身于世界先進行列,還有一些企業盡管使用世界一流的冶煉裝備,但仍生產不出高品質軸承鋼。其中一個主要原因是鋼中宏觀夾雜物太多,而宏觀夾雜是導致軸承提前失效的重要因素。在斯凱孚對市場上隨機抽取的普通軸承鋼進行 10MHz 高頻水浸探傷試驗中發現,大于 10mm 的宏觀夾雜不在少數。由于很多鋼廠和軸承企業沒能像斯凱孚一樣有效地識別鋼中宏觀夾雜物及意識到其帶來的風險,導致低質量水平的軸承鋼仍大量在市場流通。


2.3  開發適用于高要求應用場景的軸承鋼,需要軸承企業和鋼廠的緊密合作

對于絕大多數用于高要求應用場景的軸承鋼品種,盡管中國的特鋼企業已經擁有如保護氣氛電渣冶煉和雙真空冶煉等必要的生產裝備,但由于相關軸承企業的高端軸承鋼沒在中國批量采購而使得中國鋼廠缺少實踐的機會。另外,并不是擁有了優質的軸承鋼,就一定能生產出優質的軸承。如斯凱孚生產的航空發動機軸承, 除了對關鍵零件鋼材有極高的要求,對后道工藝等都進行著嚴苛的把控,最終才能制造出滿足航空發動機惡劣工作環境的軸承。因此,開發適用于高要求應用場景的軸承鋼,需要先進的軸承企業和先進鋼廠的緊密合作。


3 合作共贏,推動中國軸承鋼再騰飛

卓越性能的軸承是卓越的軸承設計、卓越的軸承制造工藝及優質軸承鋼的結合。斯凱孚已深深扎根于中國這片土地,根據“區域資源服務于區域市場”的戰略,斯凱孚持續加大在中國的投資。未來,更多斯凱孚的高端軸承都將逐步走向本地化,因此所需軸承鋼的本土化開發已被提上議程。斯凱孚會繼續與中國鋼廠合作開發高品質軸承鋼,并愿為中國軸承鋼標準的進一步提升及軸承鋼的再騰飛作出貢獻。(斯凱孚中國鋼鐵技術經理 黃平)

(來源:世界金屬導報)



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