前言

被稱作“基建狂魔”的中國(guó)，其地下掘進(jìn)利器——盾構(gòu)機(jī)，早已成為地鐵網(wǎng)絡(luò)延伸、跨山越江隧道貫通的絕對(duì)主力！可回溯至本世紀(jì)初，我們連最關(guān)鍵的主軸承都無(wú)力自產(chǎn)，核心技術(shù)命脈被德國(guó)牢牢扼住。

這枚深嵌于盾構(gòu)機(jī)中樞的主軸承，素有“地下巨龍之心”之稱；單臺(tái)進(jìn)口價(jià)格動(dòng)輒逾千萬(wàn)元，交付周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，采購(gòu)權(quán)完全掌握在對(duì)方手中。

更令人憤懣的是維修環(huán)節(jié)：德方工程師索要數(shù)百萬(wàn)元技術(shù)服務(wù)費(fèi)，全程實(shí)施物理隔離，嚴(yán)禁中方技術(shù)人員靠近作業(yè)區(qū)，并斷言：“即便提供全套圖紙，中國(guó)也造不出合格產(chǎn)品！”

受制于人的屈辱感如芒在背，中國(guó)工業(yè)界立下軍令狀，誓以自主創(chuàng)新撕開技術(shù)封鎖的鐵幕。誰(shuí)料這場(chǎng)攻堅(jiān)不僅終結(jié)了長(zhǎng)期依賴，更一舉躍升為全球盾構(gòu)裝備領(lǐng)域的主導(dǎo)力量！

德國(guó)業(yè)內(nèi)權(quán)威專家近年公開坦言：當(dāng)年過度施壓反而加速了中國(guó)自主化進(jìn)程，如今中國(guó)已實(shí)質(zhì)性主導(dǎo)全球盾構(gòu)機(jī)供應(yīng)格局。

技術(shù)封鎖下的無(wú)奈

盾構(gòu)機(jī)外表粗獷厚重，實(shí)則集精密機(jī)械、智能控制與極端工況適應(yīng)能力于一體，而主軸承正是整機(jī)性能與壽命的終極決定者，其研發(fā)難度堪稱尖端制造領(lǐng)域的“珠峰”。

它深藏于設(shè)備最核心位置，在數(shù)百米地層深處持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，須同時(shí)承受數(shù)千噸級(jí)軸向與徑向復(fù)合載荷，累計(jì)工作時(shí)長(zhǎng)超一萬(wàn)小時(shí)，并抵御泥漿侵蝕、巖塊撞擊及高磨蝕性介質(zhì)的輪番考驗(yàn)。

一旦主軸承表面萌生微米級(jí)裂紋，整臺(tái)價(jià)值數(shù)千萬(wàn)的盾構(gòu)機(jī)即刻停擺，前期投入的巨大工程成本或?qū)⒏吨T東流，未貫通的隧道亦可能被迫廢棄。

德方之所以長(zhǎng)期保持傲慢姿態(tài)，根源在于主軸承制造所設(shè)下的三重技術(shù)高墻。

首道關(guān)卡是特種材料壁壘。所需軸承鋼必須兼具超高硬度、優(yōu)異韌性與極致純凈度——硬以抗磨損，韌以抗沖擊，純以杜絕微觀缺陷引發(fā)的連鎖斷裂。

彼時(shí)我國(guó)高端冶金工藝尚未突破極限，難以穩(wěn)定冶煉出滿足全維度指標(biāo)的“超級(jí)合金”，鋼材中哪怕存在亞微米級(jí)非金屬夾雜，也會(huì)在重載循環(huán)下演化為致命裂源。

第二道難關(guān)是超大尺寸精密加工。主軸承外徑常達(dá)數(shù)米量級(jí)，卻要求形位公差嚴(yán)控在幾微米以內(nèi)，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十分之一。

尤為棘手的是，這類巨型環(huán)件對(duì)溫變極度敏感：環(huán)境溫度波動(dòng)0.5℃即可引發(fā)肉眼不可察但儀器精準(zhǔn)捕捉的熱變形；自身重量亦足以導(dǎo)致彈性形變，加工過程稍有偏差，成品便徹底報(bào)廢。

德方正是基于對(duì)中國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)體系成熟度的預(yù)判，篤定即便圖紙公開，我國(guó)也難以跨越從理論到量產(chǎn)的鴻溝。

在此種全面封鎖態(tài)勢(shì)下，國(guó)內(nèi)基建事業(yè)屢陷被動(dòng)困局。

上世紀(jì)末至本世紀(jì)頭十年，全國(guó)各大城市掀起地鐵建設(shè)高潮，高鐵網(wǎng)加速鋪展，盾構(gòu)機(jī)需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。

然而核心部件仰賴進(jìn)口，致使議價(jià)權(quán)盡失，德日廠商坐地起價(jià)，供貨節(jié)奏完全由其掌控。

曾有一例令人扼腕：南方某重點(diǎn)城市地鐵項(xiàng)目施工中，盾構(gòu)機(jī)主軸承突發(fā)異常磨損，掘進(jìn)作業(yè)戛然而止。

外方響應(yīng)遲緩，耗時(shí)整整三個(gè)月才派遣技術(shù)團(tuán)隊(duì)抵華，僅人工服務(wù)費(fèi)用即高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元。

維修期間，現(xiàn)場(chǎng)被嚴(yán)格劃設(shè)隔離帶，中方工程師僅能遠(yuǎn)觀，不得觸碰設(shè)備任何部位，仿佛維護(hù)一臺(tái)來(lái)自外星的神秘裝置。

對(duì)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)整機(jī)制造商而言，這種“缺心之痛”更為切膚。雖能完成機(jī)身結(jié)構(gòu)、刀盤系統(tǒng)乃至電控平臺(tái)的自主集成，但心臟部位仍被境外供應(yīng)商鉗制，等于將發(fā)展主動(dòng)權(quán)拱手相讓。

高昂的進(jìn)口成本嚴(yán)重?cái)D壓企業(yè)利潤(rùn)空間，制約技術(shù)研發(fā)投入。據(jù)行業(yè)測(cè)算，單臺(tái)盾構(gòu)機(jī)總造價(jià)中，進(jìn)口主軸承占比接近三分之一；疊加漫長(zhǎng)的訂貨周期與不確定性風(fēng)險(xiǎn)，多個(gè)重大項(xiàng)目陷入盈虧臨界點(diǎn)。

這一系列現(xiàn)實(shí)倒逼中國(guó)制造業(yè)深刻體悟：真正的核心技術(shù)，既無(wú)法用金錢購(gòu)買，也無(wú)法靠外交斡旋獲取，唯有以舉國(guó)之力潛心攻關(guān)，方能破局重生。

三年磨一劍造出“中國(guó)心臟”

懷揣“一定要造出中國(guó)人自己的主軸承”的信念，國(guó)家級(jí)攻關(guān)戰(zhàn)役全面打響。

擔(dān)綱主力的是河南兩大戰(zhàn)略級(jí)制造主體——中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司與洛陽(yáng)LYC軸承有限公司。

前者是國(guó)內(nèi)盾構(gòu)整機(jī)研發(fā)與工程應(yīng)用的領(lǐng)軍者，擁有覆蓋全地質(zhì)類型的實(shí)戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和復(fù)雜工況驗(yàn)證能力；后者則是新中國(guó)軸承工業(yè)奠基單位之一，始建于“一五”計(jì)劃時(shí)期，被譽(yù)為“中國(guó)軸承搖籃”，曾為兩彈一星、載人航天、高速列車等國(guó)家重大工程提供關(guān)鍵支撐，積淀了不可替代的工藝Know-how與人才梯隊(duì)。

攻關(guān)伊始，材料瓶頸首當(dāng)其沖。中科院金屬研究所李殿中院士領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)火線馳援，聯(lián)合企業(yè)組建“稀土鋼突擊隊(duì)”。

經(jīng)系統(tǒng)論證，團(tuán)隊(duì)鎖定“高潔凈稀土軸承鋼”技術(shù)路線。稀土元素素有“工業(yè)維生素”美譽(yù)，微量添加即可顯著優(yōu)化鋼材組織均勻性與力學(xué)性能，但其作用窗口極窄——過少則收效甚微，過量反致脆化，成敗系于毫厘之間。

為精準(zhǔn)錨定最優(yōu)配比，科研人員扎根實(shí)驗(yàn)室，日復(fù)一日開展熔煉-軋制-熱處理全流程試驗(yàn)。

僅稀土摻入濃度梯度設(shè)計(jì)，就完成了逾千組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

一次關(guān)鍵試驗(yàn)中，鋼錠經(jīng)稀土改性后微觀組織看似理想，但拉伸測(cè)試顯示沖擊功驟降，材料呈現(xiàn)明顯冷脆傾向，宣告階段性失敗。

團(tuán)隊(duì)并未退縮，借助高分辨電子顯微鏡與能譜分析儀，溯源發(fā)現(xiàn)稀土與殘余氧、硫元素發(fā)生不利反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)化合物，破壞基體連續(xù)性。

據(jù)此，他們重構(gòu)工藝鏈：前置超純凈冶煉工序，采用真空感應(yīng)+電渣重熔雙聯(lián)精煉法深度脫除雜質(zhì)；再于恒溫惰性氣氛下精準(zhǔn)注入稀土母合金，實(shí)現(xiàn)成分零偏差控制。

歷時(shí)11個(gè)月不間斷迭代，一套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的稀土軸承鋼成套工藝終于誕生。

該材料經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，氧含量低于5ppm，非金屬夾雜物評(píng)級(jí)達(dá)ISO 22826標(biāo)準(zhǔn)最高級(jí)別DS0.5級(jí)，晶粒度均勻達(dá)ASTM 9級(jí)，綜合性能穩(wěn)居國(guó)際第一梯隊(duì)。

它賦予主軸承前所未有的服役可靠性——高硬度保障耐磨壽命，高韌性抵御突發(fā)沖擊，超純凈基體杜絕微裂紋萌生，真正構(gòu)筑起堅(jiān)不可摧的“地下鋼鐵心臟”。

這項(xiàng)突破，標(biāo)志著我國(guó)高端特鋼自主化實(shí)現(xiàn)歷史性跨越，背后是無(wú)數(shù)科研人員青燈黃卷下的執(zhí)著守望。

材料難題攻克后，超大型環(huán)件精密成型成為新高峰。

洛陽(yáng)軸承技術(shù)團(tuán)隊(duì)融合數(shù)字孿生仿真與老師傅“手感經(jīng)驗(yàn)”，開創(chuàng)性構(gòu)建“虛擬加工—物理驗(yàn)證—?jiǎng)討B(tài)校正”閉環(huán)體系。

工程師們先利用ANSYS等專業(yè)軟件，對(duì)直徑8米級(jí)軸承環(huán)在車削、滾齒、淬火全過程中的應(yīng)力分布與形變軌跡進(jìn)行百萬(wàn)次迭代模擬，據(jù)此定制專用柔性工裝，預(yù)先補(bǔ)償熱變形量。

淬火作為熱處理核心環(huán)節(jié)，溫度偏差超過±3℃即可能導(dǎo)致整體扭曲。洛陽(yáng)工匠憑借數(shù)十年一線實(shí)踐，獨(dú)創(chuàng)“階梯式控溫+梯度冷卻”新工藝：將加熱段細(xì)分為五級(jí)溫區(qū)，保溫時(shí)間按截面厚度智能匹配；淬火介質(zhì)流速與溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，確保各區(qū)域冷卻速率高度一致。

他們還自主研發(fā)了在線激光三維形貌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在加工過程中每30秒自動(dòng)掃描一次環(huán)件輪廓，偏差超限即時(shí)觸發(fā)數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)修正，精度控制達(dá)2.5微米級(jí)。

歷經(jīng)1200多個(gè)日夜協(xié)同奮戰(zhàn)，2023年盛夏，直徑8.01米、重達(dá)72噸的國(guó)產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)主軸承在洛陽(yáng)成功下線。

經(jīng)國(guó)家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心全項(xiàng)測(cè)試，該軸承額定軸向承載能力達(dá)2500噸，疲勞壽命突破12000小時(shí)，理論掘進(jìn)里程超12公里，關(guān)鍵指標(biāo)全面對(duì)標(biāo)甚至優(yōu)于國(guó)際標(biāo)桿產(chǎn)品。

當(dāng)它首次搭載于中鐵裝備“開拓號(hào)”盾構(gòu)機(jī)，在鄭州地鐵某標(biāo)段完成連續(xù)掘進(jìn)10.2公里無(wú)故障驗(yàn)證時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)掌聲雷動(dòng)，許多老工程師含淚擁抱——這是中國(guó)制造寫給時(shí)代的鏗鏘答卷。

中國(guó)盾構(gòu)機(jī)改寫行業(yè)格局

主軸承的自主化，絕非單一零件的替代，而是中國(guó)盾構(gòu)裝備完成“基因級(jí)升級(jí)”的里程碑事件。

過去，國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)雖具完整外形，但核心動(dòng)力單元依賴進(jìn)口，恰似一位移植異體器官的患者，始終面臨排異風(fēng)險(xiǎn)與長(zhǎng)期服藥負(fù)擔(dān)。

如今，從主機(jī)框架、破巖刀盤、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)到主軸承、智能控制系統(tǒng)芯片，全部實(shí)現(xiàn)100%自主設(shè)計(jì)、自主制造、自主集成，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)真正擁有了強(qiáng)健有力、永不罷工的“中國(guó)芯”。

這一躍升直接引爆國(guó)際市場(chǎng)格局重塑。

曾幾何時(shí)，德日品牌壟斷全球高端市場(chǎng)，單臺(tái)售價(jià)高達(dá)5億元人民幣，交付周期普遍超18個(gè)月。

而中國(guó)盾構(gòu)機(jī)依托全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合優(yōu)勢(shì)，在整機(jī)性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的同時(shí)，制造成本下降超65%，終端售價(jià)穩(wěn)定在1.3億至1.5億元區(qū)間，僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的28%—30%。

極致性價(jià)比疊加快速響應(yīng)能力，使其迅速贏得全球客戶青睞。

短短五年間，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)海外市場(chǎng)份額由個(gè)位數(shù)飆升至72.4%，穩(wěn)居世界第一。

今日世界重大基建版圖上，“中國(guó)掘進(jìn)力量”無(wú)處不在：莫斯科地鐵第三換乘環(huán)線、巴黎大都會(huì)快線RER E支線、新加坡裕廊島海底隧道、雅萬(wàn)高鐵萬(wàn)隆段、以色列特拉維夫輕軌紅線……處處閃耀著“CREG”與“CRCHI”的金色徽標(biāo)。

昔日持懷疑態(tài)度的歐洲總承包商，如今主動(dòng)赴華設(shè)立常駐采購(gòu)代表處；東南亞多國(guó)政府更簽署框架協(xié)議，批量訂購(gòu)數(shù)十臺(tái)設(shè)備，共建區(qū)域互聯(lián)互通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。

中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的崛起，強(qiáng)力瓦解了西方長(zhǎng)期維持的技術(shù)溢價(jià)體系。

面對(duì)訂單持續(xù)流失，德日頭部企業(yè)被迫啟動(dòng)降價(jià)策略，部分型號(hào)降幅達(dá)35%。

據(jù)國(guó)際工程機(jī)械協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，自2023年起，全球盾構(gòu)機(jī)平均成交單價(jià)較2020年下降42.7%，中國(guó)制造的“普惠效應(yīng)”正在重塑全球基建成本邏輯——只要核心環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自主可控，就能將曾經(jīng)高不可攀的尖端裝備，變?yōu)榛菁案鲊?guó)發(fā)展的公共產(chǎn)品。

主軸承技術(shù)突破更催生顯著外溢效應(yīng)。

8米級(jí)超大直徑軸承所攻克的稀土鋼冶煉、超大構(gòu)件熱處理、納米級(jí)表面強(qiáng)化等關(guān)鍵技術(shù)，已快速遷移至風(fēng)電主軸軸承、核電主泵軸承、大型船舶舵機(jī)軸承等領(lǐng)域。

洛陽(yáng)LYC公司依托同一技術(shù)底座，僅用14個(gè)月即完成兆瓦級(jí)風(fēng)電主軸承全系列開發(fā)，通過DNV GL認(rèn)證并批量裝機(jī)，打破國(guó)外企業(yè)長(zhǎng)達(dá)十五年的技術(shù)壟斷，助力我國(guó)風(fēng)電裝備國(guó)產(chǎn)化率提升至96.8%。

在中原腹地，一條世界級(jí)盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)集群已然成型。

鄭州坐擁中鐵裝備總部基地，依托米字形高鐵網(wǎng)與國(guó)際陸港，打造全球盾構(gòu)機(jī)出口樞紐，年發(fā)運(yùn)整機(jī)超200臺(tái)；

長(zhǎng)沙集聚鐵建重工、三一重裝等龍頭企業(yè)，形成涵蓋液壓元器件、智能傳感系統(tǒng)、特種密封件的全配套生態(tài)；

洛陽(yáng)則聚焦“卡脖子”核心件，除主軸承外，同步量產(chǎn)高精度減速機(jī)、大扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)、全斷面地質(zhì)識(shí)別系統(tǒng)等關(guān)鍵子系統(tǒng)。

三城協(xié)同、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，構(gòu)建起從基礎(chǔ)材料、核心零部件、智能控制系統(tǒng)到整機(jī)集成的全鏈條自主可控體系，成為中國(guó)高端裝備“走出去”的核心支點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

從德方“給圖紙也造不出”的斷言，到洛陽(yáng)工廠里8.01米主軸承震撼問世；

從關(guān)鍵部件受制于人、重大項(xiàng)目頻頻告急，到全球七成以上新建隧道由“中國(guó)智造”掘進(jìn)貫通，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的逆襲史詩(shī)，正是新時(shí)代中國(guó)制造業(yè)攀登全球價(jià)值鏈頂端的真實(shí)寫照。

這條征途上，有科學(xué)家在顯微鏡下追蹤原子運(yùn)動(dòng)的專注，有焊工在灼熱弧光中雕琢毫米精度的堅(jiān)守，有老工業(yè)基地涅槃重生的勇氣，更有新型舉國(guó)體制下資源高效配置的戰(zhàn)略定力。

它昭示一個(gè)真理：當(dāng)自主創(chuàng)新成為民族意志，就沒有攻不下的技術(shù)堡壘，沒有越不過的產(chǎn)業(yè)高峰。