中国科学院金属研究所（如下简称金属所）研究员李殿中永远忘不了2020年的一天，当他走进某海内盾构机打造企业的堆栈时，面前的一切让他震撼不已经。

“盾构机打造是一项长周期事情，本不需要贮备过量组件，但这间堆栈里却放着十几套盾构机主轴承，总价值达上亿元。”李殿中说。

彼时，我国已经进入轨道交通根蒂根基举措措施设置装备摆设岑岭期。作为凿山开路、过江跨海项目工程的利器，年夜型盾构机已经实现年夜部门部件的国产化，但最要害的焦点部件——主轴承却持久依靠入口。

假如将年夜型盾构机比作一小我私家，那末主轴承的作用堪比心脏。当“心脏”被攥于他人手心时，盾构机打造企业所蒙受的压力和我国根蒂根基举措措施设置装备摆设面对的潜于危害可想而知。因而，为了规避可能的“断供”，许多企业只能不吝成本囤积年夜量主轴承。

“咱们有义务给国产年夜型盾构机装上一颗‘中国心’。”李殿中暗下刻意。

2022年12月15日，金属所公布，李殿中以及该所研究员、中国科学院院士李依依，该所研究员胡小强领导团队，结合海内其他研究机谈判企业，乐成研制出超年夜型盾构机用直径8米主轴承。我国年夜型盾构机国产化以及自立可控链条由此顺遂买通。

②自研超年夜型盾构机用直径8米级主轴承。

几代人接力霸占“稀土钢”

盾构机全名盾构地道掘进机，是一种地道掘进的公用项目机械，其主轴承是刀盘驱动体系的要害焦点部件。盾构机于掘进历程中，主轴承“手持”刀回旋转，切削掌子面并为刀盘提供扭转支撑。

“直径8米的主轴承于运行历程中，承载的最年夜轴向力可达1亿牛顿，相称在2500头成年亚洲象的体重。”胡小强先容，年夜型盾构机于掘进时只能进步不克不及倒退，主轴承一旦掉效，会形成严峻丧失。主轴承的国产化天然而然成为必需霸占的“洽商”难题。

然而，这个问题呈现于李殿中以及同事们视线中的时间其实不长。至少于2019年以前，他们更多存眷的是另外一个“老浩劫”问题——研发“稀土钢”。

所谓稀土钢，简朴地说，即是于钢材打造历程中插手必然比例的稀土元素，从而转变钢材的某些特征。这看似轻易，实则坚苦重重。

稀土被称为工业的“维生素”，年夜量研究注解，增添微量稀土就能显著提高钢材的韧塑性、耐磨性、耐热性、耐蚀性等。正因云云，稀土增添历程中的微小变迁或者掺杂杂质，城市激发许多不成测的问题。

“于稀土钢的研发历程中，有两个一直绕不外去的难题。”胡小强说，一是钢材于增添稀土后，机能每每会剧烈颠簸，存于不变性欠好的问题；二是许多年夜型要害零部件的质料制备不克不及于试验室完成，很难包管稀土于年夜工业情况下不变阐扬作用。

为相识决上述问题，自20世纪50年月起，金属所几代科研职员接力攻关，就稀土元素对于钢材的影响举行了深切研究。直到2007年，于举行一项针对于厚年夜断面年夜型钢锭的科研攻关工程时，金属所科研团队偶尔发明稀土钢机能颠簸问题的泉源可能于在稀土元素自身的氧杂质，而非传统以为的钢材内部杂质。

由此，科研团队顺藤摸瓜，颠末年夜量试验、计较以及表征，终极展现了稀土于钢中的重要作用机制，并开发出一套“双低氧稀土钢”要害���技能。接纳该技能研制出的稀土钢的拉压疲惫寿命延伸40多倍，滚动接触非疲惫寿命晋升40%。

由此，稀土钢的问题被完全解决了。而彼时沉浸于喜悦中的科研职员还不知道，面前的成就不只是他们已往几十年起劲的硕果，更将是将来开展年夜型盾构机主轴承攻关的主要基石。

“国度队”需要站出来

彼时，正值中国科学院构造实行战略性先导科技专项。陪同着专项的实行，一项汗青性任务落到了金属所科研职员身上。

先导专项是中国科学院对准事关我国全局以及久远成长的庞大科技问题提出的一项战略步履规划。自2019年最先，金属所但愿依托自身于稀土钢方面的持久堆集，凝炼、提出以及负担一项与此相干的先导专项，并为此开展了广泛的实地调研。

“最初，咱们并无将研发重点放于年夜型盾构机的主轴承上。”李殿中回忆说，直至2019年事末年头，于调研了海内十几个省分的30余家单元后，他们才发明主轴承的国产化已经是一个不容轻忽的“洽商”难题。

我国引入首台盾构机是于1997年，并在本世纪初最先摸索盾构机的国产化。至2019年，盾构机的险些所有部件都可以实现自给，惟独最要害的主轴承一直依靠外洋入口。由此孕育发生的问题，海内企业的感触感染最深刻。

于与胡小强等人扳谈时，某盾构机打造企业带领算过一笔账，因为焦点技能不于本身手中，从外洋入口一套主轴承的价格每每跨越万万元。不单价格昂贵，并且于一般环境下，盾构机主轴承的入口定货周期短则10个月，长则跨越一年。但我国的许多基建工程，从立项到落成也不外三五年时间。

更主要的是，因为存于供货随时住手的危害，海内企业对于依赖外国供货总有一种“不保险感”，终极转化为但愿盾构机主轴承国产化的一致呼声。

但同时，对于在使用国产装备，海内企业又存于抵牾生理——盾构机造价动辄几万万元，其暗地里的基建项目破费更以亿元计，国产主轴承即便研制出来，使用危害有多年夜，谁的心里也没底。

胡小强总结了研发主轴承必需降服的三年夜坚苦——

其一，年夜型主轴承最年夜直径达8米，承载几万吨，但加工精度要到达微米级别，其技能难度可想而知。

其二，盾构机于施工历程中不克不及撤退退却，主轴承一旦呈现问题将没法改换，致使于现实运用场景中的实验危害出格高。

其三，年夜型主轴承的攻关链条出格长，触及布局设计、质料制备、加工装置、测试评价以及运用查核等诸多环节，联系关系到20多家单元，仅打造历程就有130多道工序。

李殿中以为，要降服以上坚苦，必需从根蒂根基理论做起，向上整合各研发出产链，才气包管终极成果满有把握，“也正因云云，需要咱们‘国度队’站出来”。

说出这番话，金属所的科研团队是有底气的。他们发明，颠末几代人接力攻关所解决的稀土钢制备问题，已经经从理论以及质料层面为年夜型主轴承的研发打下了坚实“地基”。他们接下来要做的是，于这片“地基”上盖起自主自强的“高楼年夜厦”。

2020年2月，中国科学院正式启动先导专项“高端轴承自立可节制造”。金属所整合所内轴承钢、热处置惩罚、陶瓷、连结架等12个团队，和院内7家研究所的气力，组建了笼罩轴承研发、轴承质料、打造、评价与服役全生命周期的全链条科技团队。

一场新的“战争”就此打响。

⑤胡小强(左)、李殿中（右）于试验室。

1.5微米的“通途”

2020年“五一”假期前一天，一架从沈阳飞往广州的客机行将落地。胡小强以及几位同事布满期待地看着舷窗外富贵的都市。

他们此行的目的地是广州贝岗的一处基地。那里有一台主轴承直径6.3米的盾构机，因为凌驾设计使用里程，需要接管专家评估。得悉动静的他们立刻赶已往，全程介入了对于盾构机主轴承的测评以及阐发，并具体相识主轴承的每一一处细节。

于承接先导专项使命以前，金属所的科研职员并无设计盾构机主轴承的太多经验。“正因云云，咱们不会抛却任何一次进修以及调研的时机。”胡小强说。

即便如许，想要单打独斗完成这项事情也不实际。

依附前述自立开发的“双低氧稀土钢”要害技能，科研职员已经经实现了对于主轴承年夜型套圈以及年夜型滚子“干净、均质”的制备，并得到强韧性、抗疲惫性以及耐磨性等综合机能较好的钢材，这为年夜型主轴承的研制打下了很好的根蒂根基。至在主轴承的设计问题，则可以一点点探索、进修。但李殿中坦言，他们还要面临另外一个难题——轴承加工精度不外关。这个难题不是单靠研究职员的起劲就能解决的。

其时，我国入口装备因为受外洋技能限定，年夜型滚子的加工精度只能到达二级，即几百个滚子直径的偏差不年夜在正负2.5微米，但要打造出切合盾构机要求的滚子，加工精度必需到达一级，即柱体直径偏差不克不及年夜在正负1微米，二者之间1.5微米的差距，虽然仅相称在一根头发丝直径的1/40，但于科研团队的眼中无异在一道“通途”。

要跨过这道“通途”，只能结合企业一同攻关。

直到此刻，谈及与企业的互助，胡小强语言中仍有些冲动。据他回忆，意想到问题后，他们便自动结合相干企业一路会商、建模，从基本理念到要领，再到详细实践。“咱们提需求，相干企业一路攻关。一边干一边解决随时呈现的问题。”

与金属所互助举行滚子加工的是辽宁省内一家重要从事风力机电滚子加工的企业。此前，该企业从未加工过直径这么年夜、精度这么高的滚子。互助之初，险些每一次技能进级测验考试都宣告掉败。

“那段时间，每一个人都蒙受着伟大的压力，甚至在互助企业的现场卖力人最先思疑，他们接纳自立开发的工艺以及出产线是否能实现云云高精度等级的加工。”胡小强回忆道。

然而，颠末重复论证以及计较，科研团队坚信他们的精度要求是可以到达的，企业也选择信赖他们的论断，并严酷根据给定的工艺要求，一步步严酷推进。

当彻底切合要求的滚子被加工出来，企业卖力人经由过程德律风向胡小强报喜时，那种冲动与自豪的语气令胡小强影象犹新。

由此，我国企业完全把握了年夜型滚子的一级精度加工技能，并一举到达国际进步前辈程度。

未完成的应战

耗时3年，经20多家科研机谈判企业共同努力，主轴承质料制备、周详加工、成套设计中的12项焦点要害技能问题前后被解决。终极，科研团队乐成用1467.4吨稀土轴承钢研制出41支年夜型套圈、7996粒滚子、492段铜钢复合连结架……陆续出产出直径3米级到8米级共10套4个型号的国产盾构机主轴承。

2021年11月，于沈阳市当局的撑持下，装有自研直径3米主轴承的盾构机正式下线，并于沈阳地铁项目中乐成运用。

①2021年11月，装有自研直径3米级主轴承的盾构机下线典礼进行。

2022年9月30日，超年夜型盾构机用直径8米级主轴承验收及格，标记着由金属所领衔的“高端轴承自立可节制造”先导专项使命圆满完成。

③自研直径8米级主轴承验收会。

一天后的国庆假期，险些3年没休过节沐日的科研职员终究可以苏息了。而胡小强回抵家后的第二天，双眼便肿胀到彻底看不见工具。

“把使命卸下来后，身体里积攒的‘火气’就涌出来了。”李殿中对于胡小强“病因”的诊断并不是彻底戏谑之言。

李殿中总结，于霸占盾构机主轴承技能的历程中，金属所走通了一条从根蒂根基研究出发、构造建制化攻关，到霸占“洽商”难题的科技立异之路。

他先容说，中国科学院对于运用性强的战略性先导专项治理正常采纳“行政批示线”“技能批示线”双线并行的模式。金属所带领班子颠末深刻思索，从强化“高端轴承自立可节制造”专项治理的角度出发，于“双线”的根蒂根基长进一步成立“党委保障线”的三线并行机制。

“咱们构建了‘院带领—营业局—研究所’三级高效协同的治理架构，上下领悟，党政联动，多方互动。”受访时，金属所所长刘岗暗示，恰是于如许的有构造科研系统下，科研职员的事情热忱被最年夜化引发出来。

胡小强清楚记患上，2022年7月，工程已经经进入“会战”阶段，从天下各地打造完成的整机陆续运抵河南洛阳，预备拆卸。就于这一要害节点，人们发明今朝的机床装备呈现了问题——用在给装备举行外貌淬火的机床彻底没法满意云云年夜直径轴承的使用要求，一样不具有使用要求的另有高精度磨床。

“事实上，其时海内出产的高精度磨床都没法满意要求，要入口的话，直径5米的磨床不单要价高达8000万元，并且打造周期要两年；至在直径8米的磨床，外洋对于咱们彻底禁售。”胡小强说。

这是一个险些没法解决的难题，严峻的挫败感覆盖于各人心头。金属所党委迅速作出决议，组建以首任所长李薰名字定名的“李薰年夜型重载轴承攻关突击队”。于突击队建立年夜会上，李依依密意讲述了李薰昔时舍弃外洋奋斗多年所患上，突破重重拦阻回到故国，率领团队开展“两弹一星”要害质料攻关的动人业绩……

⑥李依依（右四）掌管钻研事情。

这份回忆传染、激励了突击队的每一名成员。于其感召下，所有攻关职员集思广益、重复摸索。现无机床不克不及满意要求，就结合各单元于现场一点点改造；买不到适合的磨床，就试着将年夜直径车床改形成磨床，取患上必然参数后，结合磨床企业配合研发……

终极，问题被一点点解决，工程患上以顺遂推进。

如今，年夜型盾构机主轴承工程已经经灰尘落定，昔时的高昂斗志已经沉淀为科研职员脑中一段轻飘飘的回忆。但这其实不代表所有使命都已经完成，正如李殿中所言，“针对于‘洽商’问题的科研只要落实到财产、只要构建完备的财产生态链，才气完全解决问题”。

他暗示，于年夜型盾构机主轴承工程上，技能层面的问题已经经获得解决，但于财产层面还需要以及业界配合互助，连续发力。“今朝，主轴承财产化基地正式落地，为买通盾构机国产化‘末了一千米’奠基了坚实根蒂根基。”

④自研的直径8.01米主轴承经由过程评审并被正式定名为“破壁者”。金属所供图

李殿中憧憬着高端主轴承相干技能的进一步运用。他说：“咱们可以把它运用到风电等新能源范畴，固然另有疏通、塔吊、港机，以致在一些高端周详医疗器械中。”

他们时刻预备着，迎接下一场要害技能的应战。