超大型盾构机用直径8米级主轴承。金属所供图

■本报记者 张楠

一台巨型盾构机直径超过十几米的刀盘产生的惊人推力，最终由一套直径数米的主轴承一力承担；一架高速运转中的航空发动机，主轴承需要在高温、高速、极端受力下毫厘不差地工作。

轴承，这个看似普通的工业部件，却是衡量一个国家工业基础与科技实力的“试金石”。

“十四五”期间，一场围绕高端轴承的自主可控攻坚战悄然打响，并取得关键突破。

中国科学院金属研究所（以下简称金属所）牵头，联合20余家科研机构与企业攻关，研制出直径8米级超大型盾构机主轴承“破壁者”，攻克高速高精密机床轴承、高温高可靠航空发动机主轴承研制等关键技术，打通高端轴承“设计-材料-制造-应用”全链条，标志着我国在高端基础零部件领域迈出自主可控的关键一步。

从“基因”里改写轴承寿命

在谋划“十四五”重点工作期间，金属所团队先后赴国内13个省份30余家单位开展调研，发现轴承产业面临严峻挑战——我国自1997年引入首台盾构机、21世纪初启动国产化以来，几乎所有部件都能自给，唯独主轴承依赖进口。

企业的焦虑更直接，盾构机造价数亿元，进口主轴承不仅价格高昂、交付周期长，还存在“断供”风险；背后基建工程耗资以百亿元计，国产主轴承即便造出来，谁也不敢冒“一旦失效就导致工程停滞”的风险。

“卡脖子”问题面前，“国家队”必须站出来。

经过研判，中国科学院正式启动“高端轴承自主可控制造”战略性先导科技专项，金属所整合所内涵盖轴承钢、热处理、陶瓷等领域的12个团队及院内7家研究所力量，联合中交天和机械设备制造有限公司（以下简称中交天和）、洛阳新强联回转支承股份有限公司等20余家企业，构建起“行政指挥线+技术指挥线+党委保障线”三线并行机制。

一场覆盖轴承全生命周期的攻坚战，就此拉开序幕。

“做轴承，材料是根，是‘基因’。基因不好，后面所有的工艺都是空中楼阁。”这是中国科学院院士、金属所研究员李殿中团队的共识。

在中国科学院院士、金属所研究员李依依等老一辈科学家的带领和影响下，金属所深耕特殊钢领域数十年，奠定了坚实的理论与技术基础。

正是在这样的引领下，李殿中和金属所研究员胡小强带领的团队接过专项攻关重任，将目标锁定在轴承钢“氧含量”这一核心指标上。

钢中的氧会形成夹杂物，成为轴承疲劳裂纹的源头，直接影响寿命。要把氧含量降下来，需要从冶金物理化学的基础理论入手，对整个工艺流程进行重塑。

这是一场与微观世界斗争的硬仗。研究团队深入探究了轴承钢在冶金过程中夹杂物的生成机理与演变规律，创新性地开发了微量稀土添加、低氧纯净化冶铸、夹杂物细化弥散化控制等关键技术。

团队成员长期扎根生产一线，与企业的工程师、技术工人一同观察、分析、调试。失败了，就从头再来；数据不理想，就一遍遍优化工艺……他们最终掌握了高性能轴承钢的“基因密码”，成功研制出超纯净、高均质、长寿命的轴承钢材料。

经第三方检测，该新型轴承钢的疲劳寿命远超进口的某知名品牌轴承钢，达到国际先进水平。

这一突破，意味着国产高端轴承拥有了强健的“身体”。

“我们不仅仅是在改进一种材料，还通过低氧稀土钢的研发应用，为中国的关键基础零部件打造更强健的‘体魄’，形成杀手锏。”李殿中感慨，“这是我们的责任。”

41吨“巨轮”闯过微米“天堑”

顶级轴承钢材料的研制成功，只是起点。

如何将优质钢变成性能卓越、稳定可靠的轴承，考验的是从设计、制造到应用的全链条协同创新能力。

当时，我国进口设备受国外技术限制，大型滚子的加工精度只能达到二级，即几百个滚子直径的误差不大于正负2.5微米，但要制造出符合盾构机要求的滚子，加工精度必须达到一级，即柱体直径误差不能大于正负1微米。

两者之间1.5微米的差距相当于一根头发丝直径的1/40，但在科研团队眼中无异于一道“天堑”。

为此，金属所研究团队主动“走出去”，与20余家相关企业共同组建了产学研用紧密结合的攻关联合体。

“科学家懂材料机理，工程师懂制造工艺，用户懂实际工况。只有将三方的智慧深度融合，才能制造出真正好用的轴承。”一位参与项目的工程师总结道。

联合团队针对超大直径盾构机主轴承、航发主轴承、机床主轴承等具体应用场景，展开了全链条技术攻关。

2022年7月，项目进入“会战”阶段。在河南洛阳的组装现场，研究人员又遇难题：表面淬火机床和高精度磨床无法满足8米轴承加工需求，而进口加工装备要么对我国禁售，要么价格高昂，并且需要候产两年。严重的挫败感笼罩在大家心头。

金属所党委决定即刻组建以首任所长名字命名的“李薰大型重载轴承攻关突击队”。突击队在李依依、李殿中、胡小强等人的共同带领下，在合作企业的大力支持下，联合各单位在现场一点点改造现有机床，一点点摸索参数，仅用两个月就啃下了“硬骨头”。

团队突破了当时国内淬火机床最大尺寸限制，通过设备改造和工艺创新，实现8米级超大直径主轴承滚道面的大淬深控制。

当年9月底，这套重达41吨的8米级主轴承通过验收，各项技术性能指标与进口同类产品相当。

此时，连续作战的科研人员终于能松口气。胡小强回到家后，因长期疲劳导致双眼严重肿胀，“任务卸下来，身体里攒的‘火气’才敢冒出来”。

在工程一线展示实绩

产品最终要在工程一线经受考验。

在“高端轴承自主可控制造”专项支持下，装有金属所自研3米主轴承的盾构机已成功应用于沈阳地铁工程。这是全链条自主的国产主轴承首次在基建项目中“试水”，标志着技术从实验室走向了实战。而8米主轴承通过验收，标志着我国大型盾构机国产化链条彻底打通。

2025年10月，在中国科学院与国务院国资委工作会商中，金属所与中交天和签署合作协议，将采用国产8米主轴承进行示范应用。装有8米主轴承的盾构机将在江西省内高速公路隧道等工程中大展身手。

“高端轴承自主可控制造”专项破解了高端机床、大型盾构机和航空发动机主轴承国产化的难题，为我国高端基础零部件攻关提供了有益探索，是“贯通技术链、打造创新链、对接产业链”的积极实践，是发挥新型举国体制优势、开展“政、产、学、研、用”协同创新的生动体现。

“但这不是终点。”李殿中介绍，目前主轴承产业化基地已正式落地，为打通盾构机国产化“最后一公里”奠定了坚实基础；而技术的辐射效应还在延伸——团队正探索将高端轴承技术应用于风电、塔吊、港机，甚至高端精密医疗器械。

团队已整装待发，迎接下一场关键技术的挑战。前路依然充满挑战，但这场成功的实践已经证明，只要心系国家、脚踏实地、薪火相传，中国人完全有能力在关键核心技术上，铸就属于自己的“钢铁之脊”。