國之重器（上）/冶煉加「維他命」 製成高端稀土鋼
中國因強大的基建能力被網友賦予「基建狂魔」稱號，其中盾構機的作用功不可沒。近日，由中國科學院金屬研究所李殿中研究員、李依依院士團隊牽頭攻關的超大型盾構機用直徑8米主軸承研製成功。李殿中表示，這得益於科研團隊開發出「低氧稀土鋼」關鍵技術，在煉鋼過程中加入被譽為「工業維他命」的稀土製成稀土軸承鋼，將其拉壓疲勞壽命提高了40多倍，這一技術一舉攻克了國產盾構機的「心臟病」，成為超越外國同行的「撒手鐧」，高端稀土鋼堪稱「國之重器」。\大公報記者 劉凝哲
要做好超大直徑主軸承，首先要解決鋼材的問題。「我們不能複製國外的材料和工藝」，李殿中告訴記者，稀土是中國的優勢戰略性資源，具有「工業維他命」的美稱，科研團隊通過十餘年攻關，開發出「低氧稀土鋼」關鍵技術。目前，由相關合作企業生產的稀土軸承鋼綜合力學性能優異，好於進口產品。「打造出中國的稀土鋼品牌，形成了超越外國的『撒手鐧』技術」，李殿中說。
攻關團隊認為，要製造高純淨、高均質、高強韌、高耐磨的軸承鋼材料，一定要從源頭解決材料製造的問題，他們將目光瞄準了稀土軸承鋼。已有大量研究表明，鋼中添加微量稀土能夠顯著提高鋼的韌塑性、耐磨性、耐熱性、耐蝕性等。然而，稀土鋼在工業化生產時遭遇兩大難題：一是工藝不順行，存在澆口嚴重堵塞的問題；二是稀土在鋼中添加後，鋼的性能劇烈波動，存在穩定性不好的問題。這兩大難題一直未能有效解決，導致中國稀土鋼的研究與應用由熱變冷。
稀土鋼已量產 可替代進口
「整個團隊深入生產一線，用了15年時間研究稀土在鋼材工業化應用中存在的問題，最後我們發現是元素氧的問題，需要把氧含量降下來」，李殿中說。經過大量的實驗，他們揭示了稀土在鋼中的主要作用機制，開發出「低氧稀土鋼」關鍵技術。團隊通過控制氧含量，製備出性能優越、穩定性好的低氧稀土鋼，研製出的稀土軸承鋼拉壓疲勞壽命提高40多倍，滾動接觸疲勞壽命提升40%，相關基礎研究成果於今年發表在國際著名期刊《自然材料》上。同時，有效解決了稀土軸承鋼工業生產時遭遇的澆口嚴重堵塞的問題及加入稀土性能不穩定的問題，牽頭制訂了多項稀土鋼標準。
李殿中表示，稀土軸承鋼已在內地多家企業進行量產，其純淨度高、成分均質性好、尺寸穩定性高、服役壽命長，可以用於製造數千萬套軸承，替代同類進口產品。
解除斷供風險 保障工程進度
「我國盾構機保有量大概3300台，市值在1500億元（人民幣，下同）規模，盾構機新增需求量300台，每年盾構機新增加再製造約500多台，除主軸承以外的所有零部件國產化問題都得到解決，只有主軸承依賴進口」，李殿中在接受大公報採訪時回憶起被「卡脖子」的滋味。從國外進口一套8米直徑的主軸承，價格在1000萬元以上，供貨周期長達8個月，特別是貿易戰以來，外國供貨商經常長期不回復中國的需求，隨時面臨斷供的風險。如果主軸承被卡，則將嚴重影響工程進展。
李殿中介紹，為解決「卡脖子」問題，中國科學院於2020年啟動了「高端軸承自主可控製造」戰略性先導科技專項，中國科學院金屬研究所、中國科學院蘭州化學物理研究所等7家院內科研單位組成建制化團隊，聯合中國交通建設集團有限公司的中交天和機械設備製造有限公司、洛陽新強聯回轉支承股份有限公司等20餘家單位進行協同攻關，先後解決了主軸承材料制備、精密加工、成套設計中的12項核心關鍵技術問題，開發出直徑3米級至8米級的盾構機主軸承共10套。目前，直徑3米的主軸承已在瀋陽地鐵工程中成功應用。
值得一提的是，此次研發成功的國產8米直徑主軸承重達41噸，是目前中國製造的首台套直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承，各項技術性能指標與進口同類主軸承相當。該主軸承將安裝在直徑16米級的超大型盾構機上。
