Một công nghệ mà cứ tưởng Trung Quốc là vô địch nhưng ai ngờ quốc gia này mới là "chân nhân bất lộ tướng"

Sự trỗi dậy của Trung Quốc trong thế kỷ 21 thường được minh họa bằng những con số khổng lồ mang tính áp đảo: mạng lưới đường sắt cao tốc dài nhất hành tinh và những cánh đồng tuabin gió ngoài khơi lớn nhất thế giới.

Tuy nhiên, đằng sau vẻ hào nhoáng của các toa tàu Fuxing chạy với vận tốc 350 km/h hay những cột phong điện cao hàng trăm mét là một thực tế khác.

Mặc dù Trung Quốc đã làm chủ quy trình xây dựng cơ sở hạ tầng ở quy mô chưa từng có, nhưng sự ổn định của những hệ thống này vẫn phụ thuộc chặt chẽ vào một linh kiện cơ khí nhỏ bé nhưng mang tính quyết định: vòng bi (bạc đạn) siêu chịu lực.

Trong phân khúc đòi hỏi độ tin cậy tuyệt đối và độ chính xác ở cấp độ phần triệu mét, các tập đoàn phương Tây và Nhật Bản như SKF, Schaeffler và NSK vẫn giữ vững vị thế "những bố già" không thể thay thế, nắm giữ tử huyệt công nghệ mà Trung Quốc vẫn đang nỗ lực để vượt qua.

Thành tựu hạ tầng Trung Quốc

Tính đến cuối năm 2024, chiều dài vận hành đường sắt cao tốc của quốc gia này đã đạt 48.000 km, chiếm hơn hai phần ba tổng chiều dài đường sắt cao tốc toàn cầu.

Song song với đường sắt, ngành năng lượng gió của Trung Quốc cũng ghi nhận những kỷ lục vô tiền khoáng hậu. Trong năm 2024, thế giới đã lắp đặt 121,6 GW công suất tuabin gió mới, trong đó Trung Quốc đóng góp phần lớn, với 90% lượng lắp đặt toàn cầu nằm trên đất liền và hơn một nửa lượng lắp đặt ngoài khơi. Các tập đoàn như Goldwind, Envision, Windey và Mingyang đã lần đầu tiên chiếm lĩnh cả bốn vị trí dẫn đầu toàn cầu về thị phần lắp đặt, đẩy các đối thủ châu Âu và Mỹ ra khỏi top 3.

Mặc dù các con số này khẳng định vị thế dẫn đầu về quy mô, nhưng câu hỏi về chất lượng và độ bền lâu dài của các thành phần cốt lõi vẫn là một chủ đề thảo luận sâu sắc. Để những đoàn tàu nặng hàng trăm tấn lướt đi ổn định ở tốc độ 350 km/h, hoặc những cánh quạt khổng lồ quay liên tục trong môi trường biển mặn khắc nghiệt suốt 25 năm, sự hoàn hảo của các vòng bi trục là điều không thể thỏa hiệp.

Vòng bi thường được ví như "khớp xương" của máy móc hiện đại. Trong các ứng dụng tốc độ cao như tàu cao tốc, vòng bi trục bánh xe phải chịu đựng tải trọng động cực lớn, lực ly tâm và nhiệt độ phát sinh do ma sát ở vận tốc quay hàng nghìn vòng mỗi phút. Nếu một viên bi trong ổ trục gặp lỗi nhỏ, hậu quả có thể là sự gia tăng rung động, sinh nhiệt vượt mức và cuối cùng là nguy cơ trật bánh thảm khốc.

Đối với tuabin gió, đặc biệt là các dòng tuabin ngoài khơi, yêu cầu còn khắc nghiệt hơn. Các vòng bi chính có đường kính từ 100-700 mm và có thể rộng tới hơn 2 mét phải chịu đựng sự kết hợp của tải trọng gió bất đối xứng, hiện tượng wind shear (gió đứt) và môi trường ăn mòn của muối biển.

Chi phí bảo trì cho một tuabin gió ngoài khơi khi gặp sự cố vòng bi là cực kỳ tốn kém, thường đòi hỏi các can thiệp bằng tàu jack-up đắt đỏ, gây ra thời gian ngừng hoạt động kéo dài và tổn thất doanh thu lớn.

Thực tế cho thấy, dù Trung Quốc có thể đúc được những thân tàu bóng bẩy hay những trụ tháp phong điện đồ sộ, việc sản xuất ra những vòng bi có khả năng vận hành ổn định trong các điều kiện này vẫn là một thách thức luyện kim và gia công chính xác vượt tầm tay của nhiều doanh nghiệp nội địa. Sự khác biệt nằm ở độ tinh khiết của thép, công nghệ xử lý nhiệt và độ chính xác gia công đến từng phần triệu mét.

Sự thống trị của các "bố già" châu Âu và Nhật Bản

Trong thị trường vòng bi toàn cầu trị giá hàng chục tỷ USD, sự phân cực về trình độ công nghệ là rất rõ ràng. Nhóm "Big Three" - gồm SKF (Thụy Điển), Schaeffler (Đức, với các thương hiệu FAG và INA) và NSK (Nhật Bản) - cùng với Timken (Mỹ) và NTN (Nhật Bản) chiếm giữ hơn một nửa thị phần thế giới.

SKF, tập đoàn Thụy Điển với lịch sử từ đầu thế kỷ 20, đã thiết lập tiêu chuẩn vàng trong ngành công nghiệp này. Họ hiện diện tại Trung Quốc từ năm 1912 và hiện nắm giữ khoảng 20% sản lượng vòng bi toàn cầu.

Sự vượt trội của SKF không chỉ nằm ở quy mô mà còn ở khả năng nghiên cứu vật liệu. Các sản phẩm của họ được thiết kế để hoạt động với sai số tối thiểu, giảm ma sát đến mức tối đa và kéo dài khoảng cách bảo trì lên đến hàng triệu km. SKF cung cấp các gói giải pháp axlebox hoàn chỉnh, bao gồm bộ giám sát tình trạng bogie để phát hiện sớm các hư hỏng.

Trong khi Schaeffler nổi tiếng với các giải pháp cơ khí chính xác của Đức và sự hợp tác sâu rộng với các nền tảng tàu cao tốc như Siemens Velaro (cơ sở của CRH3), NSK lại dẫn đầu trong việc phát triển các loại thép đặc biệt như Super Tough.

Vòng bi làm từ vật liệu STF của NSK có tuổi thọ cao gấp đôi so với thép thông thường và hầu như loại bỏ các vết nứt do tạp chất phi kim loại. Các công nghệ này là kết quả của hàng thập kỷ thử nghiệm thực tế và dữ liệu vận hành mà Trung Quốc vẫn đang trong quá trình tích lũy.

Mặc dù các doanh nghiệp Trung Quốc như LYC Precision Bearing và Zhejiang Tianma đang gia tăng sự hiện diện, họ chủ yếu vẫn phục vụ phân khúc trung và thấp cấp, hoặc các ứng dụng ít đòi hỏi tính mạng con người hơn.

Ở các vị trí "tử huyệt" như trục bánh xe tàu cao tốc 350 km/h, các nhà vận hành Trung Quốc vẫn âm thầm ưu tiên hàng nhập khẩu từ Thụy Điển hoặc Đức để đảm bảo an toàn tuyệt đối, do các sản phẩm nội địa chưa đạt được độ tin cậy tuyệt đối trong các chu kỳ vận hành kéo dài.

Tại sao Trung Quốc vẫn chưa thể "hóa rồng" hoàn toàn?

Một trong những rào cản lớn nhất đối với Trung Quốc là độ sạch của thép. Thép làm vòng bi yêu cầu loại bỏ gần như hoàn toàn các tạp chất phi kim loại như oxy, lưu huỳnh hay phốt pho.

Những tạp chất này, dù nhỏ ở mức micron, sẽ trở thành điểm tập trung ứng suất khi vòng bi quay ở tốc độ cao. Thép GCr15 của Trung Quốc về lý thuyết tương đương với 100Cr6 của châu Âu hay SAE 52100 của Mỹ, nhưng trong thực tế, vi cấu trúc thường không đồng nhất bằng.

Dưới áp lực liên tục, các vết nứt cực nhỏ sẽ hình thành xung quanh các tạp chất này, dẫn đến hiện tượng White Etching Cracks - những vết nứt có hình dạng giống như các mảng màu trắng khi soi dưới kính hiển vi sau khi tẩm thực bằng acid picral.

Các vết nứt này gây ra hiện tượng giòn cục bộ, dẫn đến bong tróc bề mặt raceway và hỏng vòng bi sớm, đôi khi ngay sau khi hệ thống đi vào hoạt động. Để đạt được độ bền như thép phương Tây, các công ty Trung Quốc phải mua thép từ những nguồn luyện tinh nhất, làm tăng chi phí vật liệu lên 30%.

Việc sử dụng vòng bi không đạt chuẩn trong các đại công trình không chỉ là vấn đề kinh tế mà còn là rủi ro an ninh quốc gia.

Tàu cao tốc chạy ở vận tốc 350 km/h không cho phép bất kỳ sai sót nào. Nếu vòng bi nội địa có độ ổn định kém, rủi ro nhiệt độ trục tăng đột ngột hoặc hiện tượng mỏi tiếp xúc lăn là rất lớn. Các cảm biến trên tàu sẽ buộc đoàn tàu dừng khẩn cấp khi phát hiện nhiệt độ bất thường, gây gián đoạn mạng lưới. Tệ hơn, nếu vòng bi bị vỡ vụn do vật liệu kém hoặc lắp đặt không chính xác, thảm họa trật bánh có thể xảy ra.

Do đó, các dòng tàu như CRH3 (dựa trên nền tảng Siemens Velaro) đã sử dụng bộ vòng bi axlebox TAROL của Schaeffler được thiết kế đặc biệt cho khoảng cách bảo trì 1,2 triệu km.

Ngay cả dòng Fuxing tự chủ về sở hữu trí tuệ cũng vẫn dựa trên nền tảng linh kiện cốt lõi được phát triển qua các chương trình chuyển giao công nghệ từ Alstom, Siemens và Kawasaki.

Chính phủ Trung Quốc không hề xem nhẹ sự phụ thuộc này. Trong chiến lược "Made in China 2025" và các văn bản hướng dẫn về nâng cao độ tin cậy trong sản xuất, vòng bi cho đường sắt cao tốc và hàng không đã được đưa vào danh sách các dự án then chốt cần "phá vỡ nút thắt".

Trung Quốc khẳng định đã đạt được nhiều bằng sáng chế mới và thiết kế lại các linh kiện nội bộ để vượt qua các hạn chế về sở hữu trí tuệ từ các thiết kế chuyển giao trước đây. Tuy nhiên, việc liệu các vòng bi nội địa đã sẵn sàng thay thế hoàn toàn hàng ngoại ở vận tốc 400 km/h hay chưa vẫn còn là một ẩn số.

Mục tiêu của Trung Quốc là nâng tỷ lệ nội địa hóa vòng bi cao cấp từ 20% hiện nay lên 50% vào năm 2030. Đây là một lộ trình đầy tham vọng, đòi hỏi không chỉ tiền bạc mà còn là sự kiên nhẫn trong việc làm chủ quy trình luyện kim tinh vi - thứ vốn không thể đi tắt đón đầu bằng việc sao chép thiết kế bên ngoài.

Sự phụ thuộc của Trung Quốc vào công nghệ vòng bi phương Tây và Nhật Bản mang lại một cái nhìn sâu sắc về bản chất của sức mạnh công nghiệp hiện đại. Quy mô không phải lúc nào cũng đi đôi với sự thống trị tuyệt đối. Trung Quốc có thể tự hào về mạng lưới đường sắt 48.000 km và những tuabin gió khổng lồ, nhưng họ vẫn phải đối mặt với những "tử huyệt" nằm ở các linh kiện nhỏ nhất.

Những "bố già" như SKF, Schaeffler hay NSK không cần xây dựng hàng vạn km đường ray hay đúc những cột tháp phong điện đồ sộ. Họ chỉ cần kiểm soát những viên bi thép nhỏ bé có độ sai số bằng phần triệu mét. Đó mới chính là vương quyền ẩn mình trong kỷ nguyên công nghệ cao - nơi mà sự tin cậy và chính xác vượt qua mọi ranh giới về khối lượng và kích thước.