[发明专利]一种大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺

说明书

本发明公开了一种大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺，属于合金钢领域。所述钢按重量百分比含有C 0.47％～0.57％、Si 0.40％～0.70％、Mn 1.30％～1.50％、Cr 0.50％～0.70％、Mo 0.35％～0.45％、Ni 0.25％～0.35％、V 0.035％～0.075％、Al0.015％～0.025％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.0080％、O≤0.0040％。该钢的生产方法中热处理采用正火和调质。制得的轴承圈组织晶粒尺寸细小，均匀一致，具有优秀的强韧性和接触疲劳性能，适用于6MW级风电用偏航轴承。

技术领域

本发明属于合金钢领域，更具体地说，涉及一种大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺。

背景技术

截止2021年我国风电装机容量突破30万兆瓦，全球占比超过三分之一。但我国风电的单机功率较低，普遍集中在4兆瓦。国外风电单机功率已达8兆瓦，而我国70米高度、5～50米水深的海洋风力开发资源潜力约50万兆瓦，因此，深度开发大型海上风机是未来风电行业的发展趋势。

风电大型化导致风电关键部件轴承的尺寸增加，据调研，1.5MW风电偏航轴承圈外径约 2.1m，而6MW风电偏航轴承圈外径达4.5米，外径扩大2.1倍。另外轴承尺寸增大的同时轴承圈的壁厚增加，导致轴承圈截面性能的一致性不好，因此大功率风电轴承圈对强韧性、均匀性的要求均增加。JB/T 10705标准提出一般采用42CrMo制造偏航轴承圈，-20℃时冲击功应大于等于27J。但随着风电向海洋化、大型化的发展，42CrMo性能已不能满足要求。JB/T10705 也指出“可采用性能相当或更优的材料”制造风电偏航轴承圈。我国海洋风电发展迅速，但目前普遍低于6MW，主要由于关键装备材料不能完全自给。因此开发大功率海洋风电偏航轴承圈用钢已十分迫切。

专利CN 101230441A指出用42CrMoVNb钢制造风电偏航、变桨轴承圈，材料在-40℃V 型冲击功≥91J，抗拉强度≥835MPa。但该专利并未阐述该钢应用于风电的功率，材料的性能未明确是轴承圈实物解剖值还是采用小试样测试值。从性能值推断应用于3MW以下风电机组。

专利CN 104726783A指出一种风电偏航﹑变桨轴承套圈用钢及其制备方法，采用高Ni (1.30-1.70％)成分设计，经热处理在轴承圈皮下12.5mm处抗拉强度≥1200MPa，-20℃V型冲击功≥32J，满足5MW风电偏航轴承圈性能要求。但是该专利通过大量贵金属Ni的添加，会增加材料成本，经济性不足。另外该材料并未对海洋风电轴承的疲劳性能、耐蚀性能等进行测试评价，对材料的应用支持不足。

专利CN 104178695A指出采用中碳硼微合金钢制造风电轴承套圈，经热处理轴承圈抗拉强度≥1090MPa，-20℃V型冲击功≥29J。材料的整体强韧性不高。另外从专利实施热处理淬火保温时间50-130min的工艺判断，所生产的轴承圈厚度较薄，不能满足大功率风电轴承圈厚壁性能的需要，也无法满足5MW风电偏航轴承圈性能要求。且该专利通过大量贵金属Ni的添加，增加材料成本。此外该材料并未对海洋风电轴承的疲劳性能等进行测试评价，对材料的应用支持不足。

以上专利中，大功率风电偏航轴承用钢析出相尺寸粗大导致大功率风电偏航轴承圈强韧性及接触疲劳寿命差。因此，针对大功率风电(≥6MW)偏航轴承的服役特点开发出一种具有高强韧性及接触疲劳寿命的大功率风电偏航轴承圈，解决大功率风电发展需要，已十分迫切。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有大功率风电偏航轴承用钢析出相尺寸粗大的问题，本发明提供一种大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺，制得的轴承圈组织晶粒尺寸细小，均匀一致。

2.技术方案