风电机组中的风电轴承(中)

材料的好坏是决定风电轴承的最重要因素，我国风电轴承与国外差距，材料是主要因素，其次为风电轴承设计、工艺水平和工艺装备。尽管我们制定了JG/T10705－2007《滚动轴承风力发电机轴承》和修订GB/T18254－2002《高碳铬轴承钢》标准，对其中碳化物、偏析、含氧量和夹杂物等要求有所提升，但受制于国内钢企冶炼技术和成本等因素，完全实施仍有很大难度。
随着真空脱气的广泛应用，我国轴承钢的含氧量控制方面有很大提高，已接近国外水平。但在碳化物均匀性、网状碳化物控制、夹杂物控制等方面仍有较大差距，这就造成国内风电轴承质量先天不足，风电轴承的寿命、可靠性及一致性逊色国外产品。
风电轴承有几种类型几十种规格，材料有十几种，每种材料都有其特点和最佳使用条件，要正确选材，必须考虑轴承零件的服役条件和失效形式，材料本身的价格性能和相应的强化手段及加工条件、制造成本。在工业化国家，各制造公司都对风电轴承零件选材相当重视，他们把积累多年的经验和多方面知识集成的材料选择知识(或称之为方法)编制成手册，称之为“蓝色圣经”。国际上有关风电轴承零件选材的经验和知识鲜有报道，而我国轴承行业的风电轴承设计中，没有成熟的选材方法和经验，在选材方面存在较大的盲目性，常常因选材不当造成重大损失。不同部位的风电轴承采用不同的材料及热处理。偏航轴承和变桨轴承转盘套圈采用42CrMoA钢的低温韧性在环境温度＜－20 ℃，要求冲击吸收功KV2≥27J，热处理表面感应淬火的淬硬层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹的控制是必须保证的。增速器轴承用相当于国外STF、HTF钢的研制，必须控制其残留奥氏体最佳含量；偏航轴承和变桨轴承传动系统套圈采用GCr15SiMn、GCr15SiMo和GCr18Mo钢，化学成分多年基本稳定，约1%碳含量可提供较高的硬度和耐磨性、约1.5%铬可获得足够的淬透性并保证生成细小稳定的合金渗碳体，同时提供适当的耐蚀性，主要用于壁厚＞12 mm,外径＞250 mm轴承套圈，以及钢材直径＞50 mm的圆锥圆柱及球面滚子；直径＞22 mm的轴承零件。

主轴轴承在国产真空脱气钢质量尚存一定差距的情况下，采用电渣重熔渗碳钢ZG20Cr2Ni4A制造，适用有效厚度≥20 mm及直径≥70 mm轴承套圈和滚子，渗碳层深度2.5～5.0 mm，最高工作温度≤120 ℃。
轴承钢交货状态大多为球化退火态，以便轴承企业进行切削加工。轴承钢的球化退火时间很长，耗时耗能将轧制变形或锻造变形过程与球化退火工艺相结合，可以显著促进渗碳体的球化过程且得到较为细小的渗碳体颗粒；应加强形变诱导渗碳体球化原理与工艺技术的研究与发展运用。多年研究与生产结果表明，淬火加热时控制奥氏体
中碳含量在0.5%左右(质量分数)，既可获得足够高的淬火基体硬度，又可保证有足够体积分数的合金渗碳体阻
止奥氏体晶粒长大，且0.5%左右(质量分数)碳含量的马氏体具有明显的板条特征，因而具有较高的韧塑性，由
此可明显提高轴承的接触疲劳寿命。
国内风电轴承生产企业的热处理还停留在保护气氛的少氧化加热，采用99.8%以上氮气＋甲醇或只通入甲醇
作为保护气氛，炉内碳势不易控制，热处理后零件有少量脱碳层，基本可满足磨削要求。但在倒角、油沟等不磨削位置仍有残留脱碳层，特别对滚动体的使用寿命还是有一定影响。目前国外先进风电轴承企业已全面推广可控气氛的无氧化加热，采用高纯氮气＋丙烷，炉内碳势可控制保证炉内气氛的碳势与加工零件含碳量基本一致，确保加工风电轴承零件无氧化。这是我们努力的方向。

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