科创中国

经过几十年的发展，中国已经发展成为轴承钢的生产大国，产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距，主要是疲劳寿命的延长。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度；表面改性处理；以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的，特别是在高负载荷等严酷条件下使用时，更是如此，所以一直有需求开发一种具有更长使用寿命的钢材。

当钢的含碳量大于0.77%以后成为过共析钢，过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体。渗碳体的硬度高，耐磨性好，增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因，为了减少脆性，避免较多的网状渗碳体，轴承钢的含碳量一般都小于1.0左右，高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎，将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体，在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度，这样都增加了工艺成本，浪费了能源。本项目提出了超高碳轴承钢的概念，设计并制备了含碳量在1.20-1.31%超高碳轴承钢。

在最佳热处理工艺条件下，超高碳钢的接触疲劳寿命是传统GCr15钢和瑞典SKF-3轴承钢的3-5倍。

图1轴承材料接触疲劳寿命

提高性能的原因在于：

1、在相同的热处理条件下硬度提高2-3HRc度。

2、晶粒显著细化。在相同热处理条件下，超高碳钢的平均晶粒尺寸为6.9μm，而传统GCr15和SFK-3材料的晶粒为13.5μm，细化晶粒可以提高强度与韧性。

3、耐回火温度提高。在相同的回火温度下，超高碳钢的硬度高2-3HRc，因此在相同的硬度条件下，回火温度可以提高50-100℃，这样可以充分释放淬火应力。

这些因素都是提高寿命的原因。

本项目研制的新型超高碳钢轴承可以运用在我国的轴承钢材料产业中。

研究领域或方向

微纳米材料的相变与力学性能；新一代轴承钢与耐磨钢的研究与开发；储氢材料；碳纳米材料；新一代大容量锂离子电池材料与电池技术；液体燃料电池催化材料与电池技术。

工作简历

1988年赴丹麦奥尔堡大学进修，1994年赴英国牛津大学进修。2002年赴德国马普金属研究所进行客座教授研究，2005年享受政府津贴。任中国机械工程学会高级会员，中国机械工程学会失效分析分会常务委员，金属学会低温钢专业委员会委员，西安纳米学会理事，《理化检验》编委，《纳米技术》编委，《工程力学》编委。

学术及科研成果

近几年内，主持完成以及在研项目10余项，其中主持自然科学基金3项，主持部委基金4项。以第一作者和指导研究生在Applied Physics Letters, Electrochemistry Communication, Materials and Metallurgical Transaction, Carbon,《中国科学通报》等国际国内权威和重要刊物上发表论文150余篇，其中SCI收录80余篇， 其中影响因子大于3的论文20余篇，H因子达到10。申报发明专利13项，获专利授权11项。指导博士研究生19人，已毕业并获得博士学位9人，指导读硕士研究生44人，已毕业并获得硕士学位33人。作为第一获奖人，获得1997年西安交通大学科技进步一等奖一项，1999年陕西省教委科技进步二等奖一项，1999年陕西省科技进步三等奖一项。主要学术成果： 1、发明了温控型纳米碳管电弧炉，可以制备高质量单壁纳米碳管、碳60、非晶型碳纳米管以及石墨稀，关于非晶型碳纳米管的研究被《科学时报》作为科技新闻报道。 2、发现钢铁固态相变存在一个临界晶粒尺寸，大约3微米，当晶粒小于这一尺寸，珠光体相变将不按传统条片形态进行，而是以纳米球状渗碳体与铁素体的组织形式进行；当晶粒小于此尺寸，位错滑移与孪晶切变应力出现转折，孪晶的分切应力大于滑移分切应力，高碳马氏体相变以位错滑移方式进行，很好的解释了超细晶高碳马氏体中有大量位错亚结构的现象。 3、发明了新型的硼氢化物燃料电池结构，采用高分子纤维膜替代了昂贵的质子交换膜，采用非贵金属催化剂，功率密度可以达到600mW/cm2(60℃)以上，该指标是同类电池中的最高水平，达到了Pt/C催化的质子交换膜氢氧燃料电池水平。

在实验室工作的基础上，本项目已开展了工业化的实验，完成了小批量超高碳轴承钢的制备、重卡汽车轴承样件加工以及轴承产品的台架疲劳实验。测试结果与实验室材料接触疲劳寿命实验结果吻合，在0.45应力比条件下测试了8倍的额定寿命，传统GCr15轴承通常在0.35应力比台架下测试3倍寿命。目前已完成了工业化规模（60吨）的材料熔炼、轧制，进入到机械加工阶段，待路试合格后将成为新一代轴承钢材料。该材料的成本与GCr15相当，热处理工艺也相同，所以不增加额外成本。

为促进科学技术产业化的发展，希望能够充分利用对方广泛的市场资源优势和科研平台能力，实现技术研发与市场营运的直接联盟。为使新技术尽快转化为生产力，希望实行技术合作开发联营生产和产值提成的方式紧密合作。希望合作方能够负责组建生产公司及工商、税务经营手续和必要的启动资金；在双方合作期间，我方对该产品不断创新和改进。

企业实施科技成果转移转化，采取以下方式并达到相应的目的：

一是开发新的产品或服务，以培育新的市场竞争力；

二是开发新的工艺，以提质、降本、降耗、增能、增效；

三是完善管理，优化流程，以强化对企业生产经营的控制力；

四是进入新的市场，以扩大市场规模；

五是培育新的能力，以取得新的优势；

六是完善经营管理的体制机制，以提高效益。

希望与企业、科学技术研究开发机构、高等学校和其他组织建立优势互补、分工明确、成果共享、风险共担的合作机制，按照市场机制联合组建研究开发平台、技术创新联盟、创新联合体等，协同推进研究开发与科技成果转化。