盾构机是国民经济建设的重要装备，承载着穿山越岭、过江跨海的重任。如果把盾构机刀盘的驱动系统比作“手掌”，主轴承就像手掌的“掌心”，是盾构机中唯一未国产化的核心关键部件，亟须打通自主可控制造的“最后一公里”。

　　近期，由中国科学院金属研究所李殿中研究员、李依依院士团队牵头攻关的直径8米、重达41吨的盾构机用主轴承研制成功，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。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。

　　“下一个目标是突破30公里”

　　高端轴承攸关国民经济建设安全，代表一个国家基础零部件制造水平。国外企业一直占据我国高端轴承市场，这也使得我国在高端轴承的采购、技术、供货周期与价格等方面受制于人。

　　2020年，中国科学院启动了“高端轴承自主可控制造”战略性先导科技专项。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。就拿直径8米的主轴承来说，它在运转过程中承载的最大轴向力高达105千牛，1千牛约等于0.1吨物体的重力，105千牛相当于轴向受到2500头成年亚洲象重力的作用。这就要求制造轴承的材料高纯净、高均质、高强韧、高耐磨。

　　“我们不能总是复制国外的材料和制造工艺，而要有自己的‘杀手锏’技术。”轴承先导专项负责人李殿中说。为从源头解决材料制造的问题，他们将目光瞄准了稀土轴承钢。稀土是中国的优势战略性资源，有“工业维生素”的美称。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。然而，稀土钢在工业化生产时遭遇了两大难题：一是工艺不顺畅，浇口容易堵塞；二是稀土在钢中添加后，钢的性能会剧烈波动。这两大难题一直未能有效解决，导致稀土钢的应用“受到冷落”。

　　“一直以来，我们都觉得是稀土钢的加工工艺不够好，但后来用了纯度很高的商业稀土，性能还是不稳定。就在快要放弃时，我们猜测钢的夹杂物来自原材料。于是到包头、赣州等稀土产地去调研，盯着看他们怎么生产。”李殿中说。就这样，在前期15年的研究基础上，团队发现了“氧含量过多”的问题，开发出“低氧稀土钢”关键技术，研制出的稀土钢拉压疲劳寿命提高40多倍，滚动接触疲劳寿命提升40%，相关成果于今年发表在国际著名期刊《自然材料》上。稀土钢在工业化生产时的两大难题也迎刃而解，由西王特钢、建龙北满特钢等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。

　　由于受国外技术限制，我国进口的主轴承大型滚子加工精度只能达到二级，不能实现一级精度加工。先导专项盾构机主轴承研制技术总师、中科院金属所研究员胡小强带队深入生产一线，联合企业研制出直径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。

　　“一个小小的轴承有100多道主要工序，由于此前全流程技术链条不贯通，要做一个好的轴承，需要跑遍半个中国。”李殿中说，比如在广东锻造钢材，加工要转移到山东，在辽宁或江苏热处理，再在浙江进行精密磨加工，装配组装又要转移到黑龙江，最后运到广东做现场测试。

　　研究团队与洛阳新强联股份有限公司密切合作，实现了盾构机主轴承加工制造、装配调试、检测评价等全流程自主可控，同时带动了相关国产装备的研制。

　　“直径8米的盾构机用主轴承服役寿命约1万小时，意味着里程数至少可以达到10公里，我们的下一个目标是突破30公里。”李殿中说。

　　一次有益探索

　　盾构机有个特点，它在掘进过程中，只能前进不能倒退。主轴承一旦失效，就会造成严重损失。研究团队正是以“一扎到底、勇毅前行”的决心，攻坚克难，实现了从0到1的创新。

　　中科院金属所高级工程师封少波介绍，他们在施工现场采用了全水淬的新技术，一开始合作企业的技术人员说，风险太大不敢做。他们反复交流，具体细化到怎么操作，每个步骤多长时间，最终实现了全水淬的新工艺。现场技术人员感叹说，这个新工艺确实好，操作这么多年都没有达到过这个水平。

　　“这是一次对新型举国体制下科技攻关高效组织模式的有益探索。”中科院金属所所长左良说。在精准分析高端轴承全产业链的痛点、难点和堵点基础上，研究团队重点在创新链前端和核心关键技术环节发力，协同40余家科研院所和优势企业开展联合攻关，研究队伍超过500人，用3年时间解决了三类典型轴承严重依赖进口的问题。他们开发出直径3米级到8米级的盾构机主轴承共10套，其中直径3米的主轴承已在沈阳地铁工程中成功应用。

　　大家憋着一股劲想把这件事做成，但怎么让不同研究方向、不同科研部门的人员朝一个方向使劲？中科院金属所党委书记、副所长徐岩介绍，研究团队成立了“高端轴承制造临时党支部”。在项目进展最艰难的时候，又组建了以金属所首任所长李薰先生命名的攻关突击队，以“使命驱动”促进关键核心技术的攻关。有的科研人员深入车间一驻就是几个月，不分昼夜跟现场工人吃住在一起；有的队员孩子刚出生没几天就重返企业一线；今年年初沈阳疫情严重，科研骨干都吃住在实验室，实行封闭式管理。