我国首套，研制成功！

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自研超大型盾构机用直径 8 米主轴承。图片来源：中科院官网
盾构机是国民经济建设的重大装备，承载着穿山越岭、过江跨海的重任。主轴承有盾构机 " 心脏 " 之称，是盾构机刀盘驱动系统的核心关键部件，盾构机掘进过程中，主轴承 " 手持 " 刀盘旋转切削掌子面并为刀盘提供旋转支撑。然而尴尬的是，作为基建大国我国已实现了盾构机的国产化，但其核心部件——主轴承却依赖进口。
* u% |% R# n0 b& K* R- ]" H明知山有虎，偏向虎山行。近日，记者从中国科学院金属研究所获悉：瞄准这一 " 卡脖子 " 技术难题，经十几年坚持不懈地研究，该所李殿中研究员、李依依院士团队牵头攻关的超大型盾构机用直径 8 米主轴承研制成功。该主轴承重达 41 吨，是目前我国制造的首套直径最大、单重最大的盾构机用主轴承，将安装在直径 16 米级的超大型盾构机上，用于隧道工程挖掘。
该主轴承的研制成功，标志着我国已掌握盾构机主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试和检测评价等集成技术。经国家轴承质量检验检测中心检测和专家组评审，该主轴承各项技术性能指标与进口同类主轴承相当，满足超大型盾构机装机应用需求。
这个曾经让轴承行业如鲠在喉的 " 庞然大物 " 难在哪？李殿中举了个例子：直径 8 米的主轴承在运转过程中承载的最大轴向力达到 10 万千牛，1 千牛约等于 0.1 吨物体的重力，一头成年亚洲象的体重按 4 吨算的话，这相当于轴向受到 2500 头亚洲象重力的作用。
/ ~8 d* f" ?. Z/ L0 W; l不仅如此，为保证主轴承的高承载能力和高可靠性，制造主轴承的轴承钢要高纯净、高均质、高强韧、高耐磨，而这也对主轴承成套设计、加工精度、润滑脂等都提出了很高的要求。
# ?- I% J( [( p" 此前，我国盾构机用超大直径主轴承制造久而未决的主要原因在于：制造轴承的材料和大型滚子的加工精度不过关，全流程技术链条不贯通。" 李殿中说。
攻关团队认为，解决这一难题的关键是从源头解决材料制造的问题。已有大量研究表明，钢中添加微量稀土能够显著提高钢的韧塑性、耐磨性、耐热性、耐蚀性等。一番权衡，研究团队将目光瞄准了稀土轴承钢，但依旧困难重重。
" 稀土钢在工业化生产时遭遇两大难题：一是工艺不顺行，存在浇口严重堵塞的问题；二是稀土在钢中添加后，钢的性能剧烈波动，存在稳定性不好的问题。这两大难题一直未能有效解决，导致我国稀土钢的研究与应用由热变冷。" 李殿中解释。
怎么破题？通过长达十余年的机理研究和工业实验，研究团队发现，稀土钢性能波动、铸造时浇口堵塞问题的根源在于氧含量。
2 R3 `8 f9 c8 v* C7 u5 ?. p( e/ I' L6 ^" 我们发现，不仅钢液中的氧含量影响稀土钢的性能，更为重要的是，长期被学界和产业界忽视的稀土金属中的氧含量，对稀土钢的性能也具有十分重要的影响。" 李殿中表示。
时光不负有心人。经过大量的实验、计算和表征，研究团队揭示了稀土在钢中的主要作用机制，开发出 " 低氧稀土钢 " 关键技术，最终通过控制氧含量，制备出性能优越、稳定性好的低氧稀土钢，研制出的稀土轴承钢拉压疲劳寿命提高 40 多倍，滚动接触疲劳寿命提升 40%，相关基础研究成果于今年发表在国际著名期刊《自然材料》上。与此同时，还有效解决了稀土轴承钢工业生产时遭遇的浇口严重堵塞的问题及加入稀土性能不稳定的问题，牵头制订了多项稀土钢标准。目前由相关合作企业生产的稀土轴承钢综合力学性能优异，好于进口产品。
( N# n1 _5 h7 q, u- Y( F事实上，轴承钢技术只是一方面。若想研发出高端主轴承，大型滚子加工精度同样关键。滚子是盾构机主轴承运转时承受负荷的元件，然而我国进口设备由于受国外技术限制，大型滚子加工精度只能达到二级，尚不能实现一级精度加工。
, g1 R! o" d& j为此，金属所研究员胡小强带队深入生产一线，联合骨干企业最终研制出直径 100 毫米以上的一级滚子，使我国轴承行业突破了一级大型滚子精密加工技术。
" 盾构机用超大直径主轴承的研制成功，为我国高端基础零部件攻关提供了良好的范式。" 李依依感慨。她告诉记者，高端主轴承的研发涉及众多领域，单靠哪个企业或研究机构单打独斗很难解决所有问题。此次超大直径主轴承的研制成功是汇集了全行业的优势力量集中攻关的结果，也是 " 贯通技术链、打造创新链、对接产业链 " 的积极实践。
& s4 E6 \" s1 |5 z# R来源 / 经济日报微信（记者沈慧）
监制 / 刘志奇
审核 / 王玥
编辑 / 刘莉

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