1、風力發(fā)電用軸承鋼標準編制說明、任務來源風電是世界上發(fā)展速度最快的能源，19982004 年均增長率為30.46 。近年來，不排放地球溫室氣體CO2勺自然能源的利用日益受到關注。其中風力發(fā)電機（風車）正在以歐美為中心，進行快速發(fā)展。2008年新裝機量為28GW到2009年為止，世界總裝機量達到了122GW提供了世界電力總需求量的1.3%。過去5年風力發(fā)電的增長率約為27%，預計在2013年以前，將以年平均增長率16%的速度發(fā)展。以美國綠色新經(jīng)濟政策為代表，世界范圍內(nèi)的自然能源的利用將會大大加速。我國有豐富的風能資源, 風能總儲量為32.26 億千瓦 /年 , 實際陸上可開發(fā)風能總量約2.5 億千

2、瓦 /年，居世界第三位，與可開發(fā)的水電裝機容量3.78 億千瓦 /年為同一數(shù)量級，具有形成商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的資源潛力。在風力發(fā)電設備中風力發(fā)電機起著很大的作用。在今后風力發(fā)電機大型化的發(fā)展過程中，開發(fā)輕量、緊湊型的高可靠性風力發(fā)電機軸承是發(fā)展方向。此外，為減少維修成本，提高軸承和潤滑劑工作狀況的監(jiān)控技術和預先維護技術的精度和可靠性也成為風力發(fā)電成套設備的關注內(nèi)容。風電軸承是風電傳動過程中極其重要的部件，目前風電用軸承鋼市場量大、前景廣闊，由于沒有統(tǒng)一的國家標準，造成市場質(zhì)量要求的混亂，制約了我國新能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，根據(jù)國家標準化管理委員會的要求，圍繞滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需要，按照有利于加快經(jīng)濟

3、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高產(chǎn)品質(zhì)量安全、增強產(chǎn)業(yè)競爭力的總體要求，全國鋼標準化技術委員會軸承鋼分技術委員會秘書處提出了制定風力發(fā)電用軸承鋼國家標準項目的工作計劃，該項工作計劃在全國鋼標準化技術委員會2010 年年會上提交委員們討論并獲得通過。通過風力發(fā)電用軸承鋼國家標準的制定，規(guī)范風電用軸承鋼技術質(zhì)量要求，規(guī)范市場，填補我國沒有風力發(fā)電用軸承鋼國家標準的空白，使國內(nèi)鋼鐵行業(yè)有一個統(tǒng)一的生產(chǎn)和驗收的技術依據(jù)，同時提高我國風電用軸承鋼棒材的生產(chǎn)技術水平及產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模，擴大中國風電軸承鋼生產(chǎn)技術在世界的影響力，替代進口，同時通過標準化和產(chǎn)業(yè)化，限制低端軸承鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)，淘汰一些落后的產(chǎn)能，提高

4、風電軸承鋼的使用壽命，推動我國風電能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。2010 年全國鋼標委軸承鋼分委會秘書處在廣泛征求國內(nèi)風電軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)及軸承用戶意見的基礎上，擬定了風力發(fā)電用軸承鋼國家標準草案，并向全國鋼標委遞交了風力發(fā)電用軸承鋼國家標準制定項目的立項建議書，根據(jù)國家標準化管理委員會國標委綜合*文件的要求，由江陰興澄特種鋼鐵有限公司、冶金工業(yè)標準信息研究院、湖北新冶鋼公司等單位承擔國家標準風力發(fā)電用軸承鋼項目的制定工作。根據(jù)國標委的文件要求，在2012 年之前完成該項標準的制定工作。二、國內(nèi)外情況的簡要說明1 、風力電發(fā)設備的國內(nèi)外簡況一般的風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)是葉片接受風力，通過轉(zhuǎn)子使主軸轉(zhuǎn)動，利用增速

5、機將轉(zhuǎn)速加速到能夠發(fā)電的速度，通過發(fā)電機進行發(fā)電（感應發(fā)電機）。目前，感應發(fā)電機（帶增速機）是風力發(fā)電機的主流，但也有一部分是同步發(fā)電機。此外，為了進一步增加發(fā)電量，風力發(fā)電機正在向大型化的方向發(fā)展，目前 2MW 1 1.5MW 2.5MW的風力發(fā)電機是主流發(fā)電機。在海上和陸地上的不受運輸和安裝工程限制的地方已經(jīng)裝置了5MW及的風力發(fā)電機。降低這種大型風力發(fā)電機的制造成本和安裝成本，對于今后促進風力發(fā)電機的發(fā)展是十分重要的，并且開發(fā)輕量化、緊湊型的風力發(fā)電機成為目前國內(nèi)外的研發(fā)趨勢。為此，采用了主軸部與增速機組合成一體的風力發(fā)電機和增速機與同步發(fā)電機組合成一體（多葉片）的風力發(fā)電機。此外，為減

6、少維修成本，提高軸承和潤滑劑工作狀況的監(jiān)控技術和預先維護技術的精度和可靠性也是目前風電設備制造的研發(fā)方向。對風力發(fā)電機軸承的設計要求是要具有20 年設計壽命。同時還要適應在以秒為單位的短時間內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動速度和負荷的變化，并且還要注意軸承周圍部件的剛性。主軸軸承通過轉(zhuǎn)子承受風力引起的負荷，并將轉(zhuǎn)動力矩傳遞給增速機。主軸軸承有多種類型，主要采用的是耐負荷性良好的自動調(diào)整式軸承，軸承壽命的合格標準要大于等于175000 小時 （ 20年以上）。增速機由支架、行星齒輪、低速軸、中間軸和高速軸組成。增速機軸承的作用是承受由主軸傳遞來的轉(zhuǎn)動力矩造成的齒輪咬合負荷，并使轉(zhuǎn)速增加到可以發(fā)電的速度。增速機輸出軸的

7、轉(zhuǎn)速約為 1800 轉(zhuǎn) /min 。增速機的行星齒輪承受很大的力矩負荷，因此要提高行星齒輪的剛性。為提高行星齒輪的剛性，目前開發(fā)出一體化軸承結(jié)構(gòu)（軸承外環(huán)和行星齒輪一體化）。美國齒輪制造協(xié)會（ AGMA ）制定了增速機軸承選定標準。與主軸軸承選定一樣，應進行包括軸承內(nèi)部各元件、軸和軸承箱的剛性以及潤滑等因素在內(nèi)的使用壽命的研究。2、風力發(fā)電機用軸承鋼的國內(nèi)外簡況經(jīng)過 100多年的開發(fā),國際上軸承鋼已形成高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、中碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼等系列，軸承鋼的相關生產(chǎn)技術也已日趨成熟，且采用專業(yè)生產(chǎn)線制造各類軸承鋼。中國軸承鋼的產(chǎn)能已達200萬t/a以上，但在品種、標準、實物

8、質(zhì)量、專業(yè)生產(chǎn)方面存在較多問題，目前世界軸承鋼的發(fā)展方向是：鋼材純潔度的超純化（O+TiwiOwg/期鋼中碳化物的充分均勻化，以及制造成本的不斷降低；特殊工況條件下的長壽命軸承鋼品種的開發(fā)；近年來如何改進軸承鋼的冶煉方法、技術和工藝，嚴格控制（檢驗標準、檢測方法）軸承鋼材中的非金屬夾雜物的含量、尺寸大小、形狀、分布和集聚，以此提高軸承的安全可靠性和使用壽命，已成為冶金和機械行業(yè)共同關注和努力的目標，亦是國內(nèi)外軸承鋼的技術研發(fā)的方向。風電軸承大致可以分為三類，即： 變槳軸承、偏航軸承、傳動系統(tǒng)軸承（ 主軸和變速箱軸承）。偏航軸承安裝在塔架與座艙的連接部，變槳軸承安裝在每個葉片的根部與輪轂連接部位

9、。每臺風力發(fā)電機設備用一套偏航軸承和三套變槳軸承。風力發(fā)電機組的軸承裝量(見下表)軸承名稱偏航軸承變槳軸承發(fā)電機軸承主軸軸承變速箱軸承總計軸承裝量(套)1332152326偏航、變槳軸承套圈的材料選用 42CrMo,熱處理采用整體調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)后硬度為 229HB- 269HB,能夠承受沖擊而不發(fā)生塑性變形 .滾道部分采用表面淬火，淬火硬度為 55HRC-62HRC,一 20 C Akv不小于27J,要求偏航、變槳軸承壽命達到 20年。風電回轉(zhuǎn)支撐軸承材料一般采用1Cr5Mo, 12CrMoG 38CrMoAl, 40CrNiMoA, 15CrMo, GCr15SiMn,45H, H13, 4

10、2CrMo, 20Cr, 35CrMo?。風力發(fā)電機組軸承是在惡劣工況條件下工作的軸承。偏航和變槳軸承要承受很大的力矩，變速箱軸承在啟動和制動時要承受很大的沖擊載荷，等等。同時，要求 20年免維修，如在20年質(zhì)保期內(nèi)軸承損壞，索賠費用很高。我國軸承行業(yè)對風電軸承的設計、制造和試驗技術還遠遠沒有吃透，比如主軸軸承是用哪一類軸承為好，變槳軸承是用哪一種結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)支承為好，跨國軸承公司也尚在研究之中。目前，國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的風機軸承主要是變速器軸承和電機軸承，但性能和壽命還達不到要求。因此，90%左右的變速器軸承和電機軸承仍然依賴進口。偏航軸承總成和風葉主軸軸承總成還在研制之中，國內(nèi)除洛軸、瓦軸等大型國

11、有企業(yè)有少量試制外，很少有廠家生產(chǎn)，基本屬國內(nèi)空白。對于風電用軸承鋼材料，國外先進的企業(yè)標準主要是以SKF、NSK FAG NT蹲為代表的客戶自行制定的材料采購企業(yè)標準，目前國內(nèi)還沒有與之相對應的國家標準和行業(yè)標準，國內(nèi)著名的 一些軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)也都根據(jù)各自的生產(chǎn)工藝和實物質(zhì)量制定了各自的企業(yè)標準。我國近幾年開始研發(fā)風力發(fā)電機用軸承鋼，部分牌號開始逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并替代了進口，填補了我國風電用軸承鋼生產(chǎn)的空白，牌號逐步增多，能生產(chǎn)的規(guī)格也逐步擴大，當時為各軸承廠提供的棒材的質(zhì)量要求依據(jù)，為雙方簽訂的技術協(xié)議，采用的國際標準和國外先進標準主要有ISO683-17熱處理鋼、合金鋼和易切削鋼 第17部

12、分：滾珠和滾柱 軸承鋼、(SKFD33-1 Grade3、Grade 4、Grade 5、Grade 6、Grade 7。目前國內(nèi)生產(chǎn)風力發(fā)電機用軸承鋼的企業(yè)有興澄特鋼、湖北新冶鋼、寶鋼特鋼分公司等。三、標準制定原則(1)、積極采用國際標準和國外先進標準，引用和引導新工藝新技術的應用，引領行業(yè)的技術進步；(2)、充分考慮國家軸承行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略和發(fā)展趨勢，通過標準化推行國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，體 現(xiàn)行業(yè)的發(fā)展方向和行業(yè)的科技發(fā)展水平；(3)、以滿足我國軸承制造產(chǎn)業(yè)的需要和發(fā)展為前提，體現(xiàn)目前國內(nèi)風電軸承鋼的實物質(zhì)量水平,提高標準的市場適應能力；（4）、綜合考慮企業(yè)生產(chǎn)成本及國內(nèi)外原料資源的供應情況，

13、降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源、降低原 料消耗，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的發(fā)展模式。四、技術條款編制說明1、適用范圍本標準規(guī)定了風力發(fā)電用軸承鋼連鑄坯、熱軋棒材及鍛材的尺寸、外形、重量及允許偏差、 技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志和質(zhì)量證明書等要求。本標準適用于制造風力發(fā)電設備中偏航軸承、變槳軸承、主軸軸承、增速機軸承及發(fā)電機軸 承備件所用的合金結(jié)構(gòu)鋼，其它用途的棒材可參照本標準執(zhí)行。備注：其他軸承鋼標準中已經(jīng)列入的牌號，本標準不再列入。2、尺寸、質(zhì)量及允許偏差熱軋材的尺寸公差采用 GB/T 702第二組的尺寸精度。鍛材的尺寸公差采用GB/T 908的表3的規(guī)定。連鑄圓坯的外形尺寸根據(jù)國內(nèi)的實物質(zhì)量確定。

14、3、牌號及化學成分本標準中的牌號采用了 GB/T 3077中的兩個牌號：42CrMo 20CrMnMo相當于ISO 683-17標 準中表面淬火類軸承鋼的 1個牌號（B26） 20CrMo4,感應淬火軸承鋼的 1個牌號（B43） 43CrMo4, 增加了冶鋼目前生產(chǎn)的兩個風電用軸承鋼的牌號-G50CrMnM麗G55SiMoVG42CrMo牌號的成分采用 GB/T 3077中42CrMo牌號的成分，參照ISO標準，增加了對 Al和0的要求。目前該牌號為我公司生產(chǎn)的風電軸承鋼的主要牌號，其中供平山重工的 G42CrMo鋼Mn含量上線為 0.85%, ISO 683-17標準中43CrMo4的Mn含

15、量為0.90%, 因此將該牌號的 Mn 含量上線調(diào)整為 0.85%, M哈量上線調(diào)整為 0.30% （與ISO 683的43CrMo4的Mo含量相同）。G20CrMnM敘用ISO 683-17標準中20CrMo4牌號的化學成分，該成分與我國 GB/T 3077標準 成分的差別在于 Mn和Cr含量的差別，Mo含量上線調(diào)整為 0.30% （與GB/T 3077中的Mo上線相 同）。本標準牌號與國際標準牌號的對照如下表所示。本標準牌號相應國內(nèi)外標準牌號相應國內(nèi)外標準G42CrMo43CrMo4 (B43)42CrMoISO 683-17/ ASTM A866GB/T 3077G20CrMnMo20C

16、rMo4 (B26) 20CrMnMoISO 683-17/ ASTM A866GB/T 3077本標準牌號的表示方法，采用 GB/T 221鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法，在合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號之前增加“ G”代表軸承鋼。國標與國際標準的牌號化學成分對照如下表所示:對應國外標準牌號CSiMnSPCrNiMoCuAlTiOa不大于不大于ISO 683-17/ ASTM A86643CrMo40.400.46<0.400.600.90<0.0150.0250.901.200.150.30<0.30<0.0500.0020GB/T 307742CrMo0.380.450.170.370.500.800.901.200.150.25ISO 683-17/ ASTM A86620CrMo40.170.23<0.400.600.90<0.0150.0250.901.200.150.25<0.30<0.0500.0020GB/T 307720CrMo0.170.230.170.370.901.201.101.400.200