我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑世界，軸承行業(yè)怎么辦？

作者：中國(guó)軸承工業(yè)協(xié)會(huì)總工程師　何加群

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) ，風(fēng)電機(jī)組是我國(guó)重大技術(shù)裝備，風(fēng)電機(jī)組配套軸承是核心關(guān)鍵零部件，風(fēng)電機(jī)組配套軸承的自主安全可控是關(guān)系產(chǎn)業(yè)安全、國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的國(guó)之大者。我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已領(lǐng)跑世界，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于主機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐的我國(guó)風(fēng)電軸承產(chǎn)業(yè)怎么辦？本文就這一問(wèn)題談些個(gè)人看法，以期引起業(yè)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)家、專家的關(guān)注。  

一、我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)居全球第一

2020年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)創(chuàng)新高，全國(guó)新增裝機(jī)20401臺(tái)，新增裝機(jī)容量5443萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)103.2%。累計(jì)裝機(jī)超15萬(wàn)臺(tái)，累計(jì)裝機(jī)容量超2.9億千瓦。不論是新增裝機(jī)規(guī)模還是累計(jì)裝機(jī)規(guī)模，都穩(wěn)居全球第一。

我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，雖受國(guó)家政策、消納能力等因素影響，幾起幾落，但從中長(zhǎng)期看，總體上處于波浪式高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

從上表中可看出，2020年全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量29075萬(wàn)千瓦，是2010年累計(jì)裝機(jī)容量4473萬(wàn)千瓦的6.5倍。

我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)和制造能力大幅提高，已基本實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和型譜化，單機(jī)容量達(dá)到目前全球最大的16兆瓦級(jí)別，風(fēng)電發(fā)電效率較十年前提高了30%，成本下降了一半。我國(guó)已建立起一條涵蓋風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)、設(shè)備制造、技術(shù)研發(fā)、檢測(cè)認(rèn)證、配套服務(wù)的成熟產(chǎn)業(yè)鏈，是全球最大的風(fēng)電裝備制造基地，風(fēng)電設(shè)備在滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)，出口至30多個(gè)國(guó)家，風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)量占全球的2/3以上，全球最大的15家風(fēng)電裝備制造商中有10家是中國(guó)企業(yè)?！?〕

二、我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迎來(lái)歷史發(fā)展機(jī)遇期

“2030年前碳達(dá)峰，2060年前碳中和”，習(xí)近平總書記向國(guó)際社會(huì)作出的莊嚴(yán)承諾擲地有聲，大力發(fā)展風(fēng)電，是落實(shí)這一目標(biāo)的重要途徑?！?〕

隨著雙碳時(shí)代的開(kāi)啟，作為主力軍的風(fēng)電迎來(lái)歷史發(fā)展機(jī)遇期。“十四五”期間確保風(fēng)電年均新增裝機(jī)不低于5000萬(wàn)千瓦，是落實(shí)雙碳目標(biāo)的最低要求?！?〕因此，在度過(guò)2020年“搶裝潮”之后，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍將處于高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。我們軸承行業(yè)應(yīng)在我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)歷史發(fā)展機(jī)遇期找準(zhǔn)自己的定位。

三、風(fēng)電軸承國(guó)產(chǎn)化長(zhǎng)足進(jìn)步、任重道遠(yuǎn)

我國(guó)軸承行業(yè)原來(lái)只有洛軸一家企業(yè)涉及風(fēng)電軸承領(lǐng)域。2006年以后，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)“井噴式”發(fā)展，我國(guó)軸承行業(yè)多家企業(yè)投入大量人力、物力，緊隨風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行風(fēng)電軸承的研發(fā)制造，使風(fēng)電軸承國(guó)產(chǎn)化取得長(zhǎng)足進(jìn)步。

2020年全國(guó)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)20401臺(tái)，共需配套軸承479424套。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，天馬、洛軸、新強(qiáng)聯(lián)、瓦軸、大冶軸、京冶軸承、洛軸所等國(guó)內(nèi)軸承企業(yè)共產(chǎn)銷風(fēng)電軸承（以下簡(jiǎn)稱國(guó)產(chǎn)風(fēng)電軸承）77948套，占比16.3%。

其中，按應(yīng)用部位——

偏航軸承：國(guó)產(chǎn)軸承產(chǎn)銷12918套，合12918臺(tái)份，占總需求量的63.3%；

變槳軸承：國(guó)產(chǎn)軸承產(chǎn)銷52974套，合17658臺(tái)份，占總需求量的86.6%；

主軸軸承：國(guó)產(chǎn)軸承產(chǎn)銷10090套，合6727臺(tái)份，占總需求量的33.0%；

增速器軸承：國(guó)產(chǎn)軸承產(chǎn)銷1902套，合119臺(tái)份，占總需求量的0.58%；

發(fā)電機(jī)軸承：國(guó)產(chǎn)軸承產(chǎn)銷91套，合45臺(tái)份，占總需求量的0.2%。

天馬、瓦軸等企業(yè)，研制的風(fēng)電軸承不僅大量向國(guó)內(nèi)風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)供貨，而且出口國(guó)外。

從2020年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，變槳軸承國(guó)產(chǎn)化率比較高，達(dá)到86.6%，需進(jìn)一步鞏固提高。偏航軸承國(guó)產(chǎn)化率63.3%，還有較大的市場(chǎng)開(kāi)拓空間。主軸軸承國(guó)產(chǎn)化率33.0%，基本上都是3.0兆瓦及以下，軸承行業(yè)剛進(jìn)入這一領(lǐng)域，需要加大技術(shù)攻關(guān)和市場(chǎng)開(kāi)拓的力度。增速器軸承國(guó)產(chǎn)化率僅為0.58%，發(fā)電機(jī)軸承國(guó)產(chǎn)化率僅為0.2%，應(yīng)該說(shuō)，這二個(gè)領(lǐng)域的門檻，軸承行業(yè)還沒(méi)有真正跨進(jìn)去，對(duì)于我國(guó)軸承企業(yè)來(lái)說(shuō)，這二個(gè)領(lǐng)域還有許多硬科技，甚至黑科技需要研發(fā)。

四、要十分關(guān)注風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)軸承行業(yè)對(duì)風(fēng)電軸承的研發(fā)、制造已遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。軸承行業(yè)要追趕高速發(fā)展的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，必須十分關(guān)注風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)：產(chǎn)業(yè)集中度穩(wěn)步提高、單機(jī)容量不斷加大、從陸地向海洋擴(kuò)展、由集中向分散發(fā)展。

1.產(chǎn)業(yè)集中度穩(wěn)步提高

金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源、明陽(yáng)智能、電氣風(fēng)電、運(yùn)達(dá)股份等風(fēng)電整機(jī)制造排頭兵企業(yè)的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高，2020年CR5已達(dá)到64.7%，CR10已達(dá)到91.5%。我國(guó)軸承行業(yè)著力研發(fā)制造風(fēng)電軸承的企業(yè)應(yīng)與這些風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)以及風(fēng)電整機(jī)終極用戶風(fēng)電開(kāi)發(fā)企業(yè)這些“巨無(wú)霸”企業(yè)結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟。

2.單機(jī)容量不斷加大

我國(guó)風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量不斷增大，陸上風(fēng)電機(jī)組由2010年的1.5兆瓦，增大到2015年的1.8兆瓦，發(fā)展到2020年的2.6兆瓦；海上風(fēng)電機(jī)組由2010年的2.6兆瓦，增大到2015年的3.6兆瓦，發(fā)展到2020年的4.9兆瓦?！?〕

主流機(jī)型，陸上風(fēng)電機(jī)組由2010年的1.5兆瓦，增大到2015年的2.0兆瓦，發(fā)展到2020年的3.0兆瓦；海上風(fēng)電機(jī)組由2010年的3.0兆瓦，增大到2015年的3.6兆瓦，發(fā)展到2020年的5兆瓦?！?〕

研發(fā)制造風(fēng)電軸承的企業(yè)要使自身的技術(shù)水平、裝備能力適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)。

3.從陸地向海洋擴(kuò)展

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)從陸地向海洋擴(kuò)展，從淺海向深海延伸，這在全球和我國(guó)都是一種發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)海上風(fēng)電2020年新增裝機(jī)容量?jī)H占新增裝機(jī)總量的7.1%，累計(jì)裝機(jī)容量?jī)H占累計(jì)裝機(jī)總量的3.7%，但在技術(shù)能力不足、專業(yè)化施工船舶和設(shè)備能力不足的情況下，仍然每年保持同比遞增40%以上的高速增長(zhǎng)，2020年，累計(jì)裝機(jī)容量已突破千萬(wàn)千瓦大關(guān)。

“十四五”是我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵期。未來(lái)幾年通過(guò)機(jī)組大型化、大規(guī)模開(kāi)發(fā)所形成的規(guī)模效應(yīng)、專業(yè)化施工船舶和設(shè)備的投用、數(shù)字化技術(shù)的普及、全生命周期成本的下降，有望培育出一個(gè)可以釋放巨大經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)——海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。我國(guó)軸承行業(yè)可以增加一個(gè)新的市場(chǎng)。我國(guó)軸承行業(yè)的優(yōu)勢(shì)企業(yè)當(dāng)然不會(huì)成為這一歷史進(jìn)程的旁觀者。

海上風(fēng)電機(jī)組工況復(fù)雜，比陸上風(fēng)電機(jī)組工況更惡劣。我們必須在建立海上風(fēng)電機(jī)組載荷譜的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全方位的數(shù)字化軸承設(shè)計(jì)。不能簡(jiǎn)單地將單機(jī)容量較大的陸上風(fēng)電機(jī)組軸承進(jìn)行物理放大。要研發(fā)應(yīng)用適合海上風(fēng)電機(jī)組特殊工況的軸承材料、熱處理方法、機(jī)械加工工藝和密封、防腐、潤(rùn)滑方案?！?〕

4.由集中向分散發(fā)展

國(guó)家鼓勵(lì)風(fēng)電就近開(kāi)發(fā)利用，由集中式向分散式發(fā)展，我國(guó)軸承行業(yè)企業(yè)家和專家中的有識(shí)之士，幾年前就注意到這一點(diǎn)，并開(kāi)始了相關(guān)工作。最近，中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)秦海巖發(fā)布了一條重要信息：“我們聯(lián)合118個(gè)城市與600多家風(fēng)電企業(yè)共同發(fā)起了‘風(fēng)電伙伴行動(dòng)·零碳城市富美鄉(xiāng)村’活動(dòng)。建議在條件較好的地區(qū)率先啟動(dòng)‘百縣千村萬(wàn)臺(tái)示范工程’。未來(lái)五年，在全國(guó)100個(gè)縣，優(yōu)選5000個(gè)村，安裝10000臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5000萬(wàn)千瓦，為5000個(gè)村集體帶來(lái)穩(wěn)定收益，惠及農(nóng)村人口300萬(wàn)以上。” 〔1〕對(duì)我們軸承行業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)重要的商機(jī)，我們要下大功夫，加大分散式風(fēng)電機(jī)組軸承技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)拓的力度。

五、風(fēng)電軸承需要解決的幾個(gè)重大問(wèn)題

1.攻關(guān)克難，跨越風(fēng)電增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承領(lǐng)域的高門檻

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，我國(guó)軸承企業(yè)還未能跨越風(fēng)電增速器軸承和風(fēng)電發(fā)電機(jī)軸承領(lǐng)域的高門檻。

對(duì)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承，風(fēng)電增速器部件和發(fā)電機(jī)部件制造企業(yè)、風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)都不敢用，風(fēng)電軸承制造企業(yè)也不敢干，幾乎到了“談虎色變”的地步。

但是，從產(chǎn)業(yè)安全、國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的層面考慮，這個(gè)門檻是必須下決心跨越的。我們要拿出研發(fā)高速動(dòng)車組和地鐵車輛軸箱軸承“十年磨一劍”的精神，攻堅(jiān)克難，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承的自主化。

風(fēng)電增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承都要攻下的共性技術(shù)：

從逆向設(shè)計(jì)起步，逐步過(guò)渡到正向設(shè)計(jì)，進(jìn)行——

（1）不同工況下，增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承的調(diào)查分析和構(gòu)建。

（2）增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承動(dòng)力學(xué)仿真分析和數(shù)字化建模。

（3）各種增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承的表面完整性設(shè)計(jì)。

要攻下的個(gè)性化技術(shù)：

增速器軸承——

（1）制造增速器軸承的抗磨粒磨損的專用鋼材的研發(fā)和應(yīng)用。

（2）防止因滾子打滑造成滾子與套圈工作表面損傷的表面改性強(qiáng)化處理技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)電機(jī)軸承——

（1）達(dá)到特殊工況下工作的發(fā)電機(jī)軸承需要達(dá)到的精度、性能、壽命和可靠性（特別是溫升、極限轉(zhuǎn)速、振動(dòng)值和摩擦力矩等）。

（2）達(dá)到必須的絕緣性能（包括絕緣層的材料、厚度、與基體的結(jié)合強(qiáng)度、電容、電阻、擊穿電壓、工頻耐壓、環(huán)境適應(yīng)性等）。

2.提高風(fēng)電機(jī)組主軸軸承變槳軸承的剛性和承載能力

近年來(lái)，隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，暴露出包括軸承在內(nèi)的變槳系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)剛性和承載能力不足的問(wèn)題。

為解決變槳系統(tǒng)剛性和承載能力不足的問(wèn)題，需要以提高剛性和承載能力為要義，改進(jìn)變槳系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)并優(yōu)化軸承的選型。其中，變槳軸承的選型，以滾子轉(zhuǎn)盤軸承取代四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承，已為實(shí)際運(yùn)用證明為一種成功的選擇。我國(guó)軸承行業(yè)的天馬、瓦軸、洛軸、新強(qiáng)聯(lián)、大冶軸和五洲新春積極參與了這項(xiàng)重大技術(shù)改進(jìn)。其中，五洲新春為滾子軸承取代球軸承，研發(fā)生產(chǎn)了200多萬(wàn)粒特大型滾子。目前，風(fēng)電機(jī)組主軸軸承以滾子轉(zhuǎn)盤軸承取代球轉(zhuǎn)盤軸承的取代率國(guó)際上已達(dá)到30%，我國(guó)剛達(dá)到15%。軸承企業(yè)正積極配合風(fēng)電裝備企業(yè)加快推進(jìn)這一進(jìn)程。

主軸系統(tǒng)的問(wèn)題比較復(fù)雜。主軸軸承是風(fēng)電機(jī)組主傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，不僅要承受風(fēng)力載荷，還要承受主軸、增速器的重力載荷，工況復(fù)雜。因應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)功率、整體結(jié)構(gòu)、工況、制造成本、安裝工藝等因素，主軸軸承采用不同配置，主要有〔4〕：

（1）三點(diǎn)式支承：主軸軸承采用一個(gè)調(diào)心滾子軸承，與增速器兩邊的彈性支承形成三點(diǎn)式支承，應(yīng)用于低兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組。

（2）二點(diǎn)式支承：有調(diào)心滾子軸承+調(diào)心滾子軸承、單列圓錐滾子軸承+單列圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承+雙列圓錐滾子軸承、GARB軸承+調(diào)心滾子軸承四種配置，應(yīng)用于中等兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組。

（3）單點(diǎn)式支承：大多采用大錐角雙列圓錐滾子軸承，亦有采用三排圓柱滾子軸承，應(yīng)用于大兆瓦風(fēng)電機(jī)組。

近年來(lái)，大兆瓦風(fēng)電機(jī)組主軸軸承事故頻發(fā)，初步分析原因是風(fēng)電機(jī)組主軸系統(tǒng)和選用的主軸軸承均存在剛性和承載能力不足的問(wèn)題，風(fēng)能業(yè)界和軸承業(yè)界正密切配合努力解決這個(gè)問(wèn)題。

如中國(guó)華電集團(tuán)在甘肅兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)和湖南一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)使用的北京萬(wàn)源制造的230臺(tái)2兆電勵(lì)磁風(fēng)電機(jī)組，主軸系統(tǒng)事故頻發(fā)，主要是裝用的某跨國(guó)軸承公司生產(chǎn)的雙列圓錐滾子軸承早期損壞，損壞的形式為保持架斷裂，軸承抱死。為解決問(wèn)題，該跨國(guó)軸承公司對(duì)軸承結(jié)構(gòu)作了多項(xiàng)改進(jìn)，用改進(jìn)后的軸承更換175臺(tái)次，仍未解決保持架斷裂，軸承抱死的問(wèn)題。造成了很大的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失。在跨國(guó)軸承公司陷入困境的情況下，中國(guó)華電集團(tuán)向國(guó)內(nèi)軸承企業(yè)洛陽(yáng)新強(qiáng)聯(lián)回轉(zhuǎn)支承有限公司尋求幫助，新強(qiáng)聯(lián)提供了本公司研發(fā)制造的加強(qiáng)型三排圓柱滾子主軸軸承，經(jīng)一年多試用，中國(guó)華電集團(tuán)跟蹤測(cè)試，軸承運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。中國(guó)華電集團(tuán)組織專家評(píng)審后，決定將230臺(tái)風(fēng)電機(jī)組裝用的某跨國(guó)軸承公司的雙列圓錐滾子軸承全部更換為新強(qiáng)聯(lián)研發(fā)制造的加強(qiáng)型三排圓柱滾子軸承。新強(qiáng)聯(lián)對(duì)這一重大的進(jìn)口替代項(xiàng)目信心滿滿，因?yàn)槠溲邪l(fā)生產(chǎn)的加強(qiáng)型三排圓柱滾子軸承已裝用在1300多臺(tái)大兆瓦風(fēng)電機(jī)組主軸系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)生過(guò)問(wèn)題。

如何提高風(fēng)電機(jī)組主軸軸承變槳軸承剛性和承載能力，我國(guó)軸承行業(yè)相關(guān)單位還需要作深入研究。

3.深入研究，優(yōu)選最佳表面淬火工藝

風(fēng)電軸承中偏航變槳軸承、三排滾子主軸軸承的套圈用42CrMo4制造進(jìn)行表面淬火，目前行業(yè)里應(yīng)用了幾種不同的表面淬火工藝，需深入研究，優(yōu)選最佳表面淬火工藝。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外風(fēng)電軸承產(chǎn)業(yè)通行的工藝路線是電磁感應(yīng)表面淬火。感應(yīng)器產(chǎn)生的電磁感應(yīng)在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而加熱，隨之噴淋淬火介質(zhì)進(jìn)行淬火。這種淬火方法有一大缺陷，即掃描感應(yīng)加熱路徑的末端與起點(diǎn)重疊時(shí)，會(huì)使起點(diǎn)已淬火的部位回火，產(chǎn)生一個(gè)軟帶。在使用時(shí)，軟帶處易受到磨損，導(dǎo)致早期破壞?！?〕

為解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)際上開(kāi)發(fā)了無(wú)軟帶感應(yīng)淬火工藝和裝備。新強(qiáng)聯(lián)回轉(zhuǎn)支承股份有限公司已率先從國(guó)外引進(jìn)無(wú)軟帶淬火工藝和裝備。這種工藝使用的裝備有二個(gè)加熱淬火組件，每個(gè)組件由預(yù)熱感應(yīng)器、加熱感應(yīng)器和淬火介質(zhì)噴淋器組成。這二個(gè)加熱淬火組件繞著要淬火的軸承滾道表面向相反方向移動(dòng)，掃描要淬火的滾道表面加熱淬火。每個(gè)組件掃描加熱淬火半圈滾道。在起始區(qū)和結(jié)束區(qū)，二個(gè)組件緊靠著加熱滾道，且旋轉(zhuǎn)平臺(tái)帶動(dòng)工件擺動(dòng)，這樣就可以保證在起始區(qū)和結(jié)束區(qū)各個(gè)部位，包括二個(gè)組件交界處都加熱到相同的淬火溫度，噴淋淬火后不會(huì)產(chǎn)生軟帶?！?〕

目前我們行業(yè)還有一家風(fēng)電軸承表面熱處理采用完全不同工藝路線的企業(yè)——北京京冶軸承股份有限公司（京冶軸承）。這家企業(yè)應(yīng)用自己研發(fā)的風(fēng)電軸承激光表面淬火技術(shù)（亦稱激光相變硬化技術(shù)）已有十多年的歷史。這項(xiàng)技術(shù)被列入國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目，并獲國(guó)家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)。

這項(xiàng)技術(shù)的基本原理是高能量高密度的激光束快速照射要淬火的工件表面，使其要硬化的部位瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化為熱能，使激光作用區(qū)溫度急劇上升。此時(shí)，冷態(tài)基本與加熱區(qū)之間有很大的溫度梯度，一旦停止激光照射，加熱區(qū)的金屬急冷而淬火，產(chǎn)生硬化。據(jù)京冶軸承介紹，這種工藝進(jìn)行的表面淬火，馬氏體晶體細(xì)，位錯(cuò)密度高，硬度高，耐磨性好，變形小甚至無(wú)變形，無(wú)須回火，淬火區(qū)獲得壓應(yīng)力不易產(chǎn)生裂紋?？筛鶕?jù)需要調(diào)整硬化層深度，無(wú)需冷卻介質(zhì)，無(wú)廢氣廢水排放，低碳環(huán)保。

4.一項(xiàng)需深入研究的重要技術(shù)變革——用42CrMo4無(wú)軟帶淬火取代G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火制造風(fēng)電主軸軸承

風(fēng)電機(jī)組雙列圓錐滾子主軸軸承國(guó)際國(guó)內(nèi)軸承業(yè)界通行的技術(shù)路線是用滲碳軸承鋼G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火制造。

我國(guó)軸承行業(yè)應(yīng)用的滲碳軸承鋼有6種：G20CrMo（A）、G20CrNiMo（A）、G20CrNi2Mo（A）、G20CrNi4Mo（A）、G10CrNi3Mo（A）、G20Cr2Mn2Mo（A）。

使用最多的二種。一種是G20CrNi2Mo（A），用于制造貨車軸承，未來(lái)國(guó)產(chǎn)高速動(dòng)車組軸箱軸承也用這種滲碳軸承鋼制造。另一種是G20CrNi4Mo（A），用于制造冶金軋機(jī)軸承和風(fēng)電主軸軸承。

滲碳軸承鋼經(jīng)過(guò)滲碳淬火加工，可以獲得很高的表層強(qiáng)度硬度和很好的心部組織韌性，非常適合于制造承受重載荷、沖擊載荷的鐵路軸承和冶金軋機(jī)軸承。

但是，滲碳軸承鋼價(jià)格貴、加工費(fèi)用高，尤其是需要表面深層滲碳的特大型軋機(jī)軸承和風(fēng)電主軸軸承，需要用適合深層滲碳的G20CrNi4Mo（A）制造，這種G20CrNi4Mo（A）滲碳軸承鋼價(jià)格昂貴（價(jià)格是高碳鉻軸承鋼的3倍），同時(shí)，深層滲碳要在800℃以上高溫加熱200多小時(shí)，不僅要耗費(fèi)大量電能，而且表層易產(chǎn)生有害的粗大碳化物（要費(fèi)很大的勁才能消除），還會(huì)產(chǎn)生不易矯正的變形，而使工件報(bào)廢，造成很大的損失。

這項(xiàng)從國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)，一直困擾著我國(guó)軸承廠家，一些專家多渠道尋找解決辦法。一種辦法是外徑￠440～￠800mm的冶金軋機(jī)軸承，用強(qiáng)度、韌性優(yōu)于GCr15、GCr15SiMn的GCr18Mo，進(jìn)行下貝氏體淬火，取代G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火，制造冶金軋機(jī)軸承，這項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)已取得成功，并推廣應(yīng)用。但雙列圓錐滾子風(fēng)電主軸軸承超出了這個(gè)尺寸范圍，無(wú)法應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

我國(guó)軸承行業(yè)有二家軸承企業(yè)以“敢于第一個(gè)吃螃蟹”的精神，用中碳合金鋼42CrMo4（添加Ni等微量合金元素，優(yōu)化合金成份），進(jìn)行無(wú)軟帶表面淬火和激光表面淬火，取代G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火，制造雙列圓錐滾子風(fēng)電主軸軸承，大大降低了材料費(fèi)用和加工費(fèi)用。希望我國(guó)軸承行業(yè)有關(guān)專家和企業(yè)家密切關(guān)注、積極參與這一技術(shù)進(jìn)程，深入研究這一替代是否可以滿足風(fēng)電主軸軸承的工況所要求各項(xiàng)性能（強(qiáng)度、耐磨性、沖擊韌性、疲勞壽命等）。深入研究這項(xiàng)技術(shù)，如在風(fēng)電主軸軸承應(yīng)用成功，可否移植到冶金軋機(jī)軸承，這項(xiàng)技術(shù)如能在風(fēng)電主軸軸承和冶金軋機(jī)軸承的制造上成功應(yīng)用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

結(jié)語(yǔ)：風(fēng)電軸承國(guó)內(nèi)市場(chǎng)年銷售額200億元左右，是我國(guó)軸承產(chǎn)業(yè)僅次于汽車軸承的第二大市場(chǎng)。目前國(guó)產(chǎn)軸承只占領(lǐng)了其中一小部分，還有很大的市場(chǎng)開(kāi)拓空間。我國(guó)軸承產(chǎn)業(yè)著力于風(fēng)電軸承研發(fā)制造的企業(yè)應(yīng)在影響風(fēng)電軸承自主安全可控的一系列重大問(wèn)題上精準(zhǔn)發(fā)力，以盡早實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電軸承的研發(fā)制造適應(yīng)我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑世界的發(fā)展形勢(shì)。

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來(lái)源：中國(guó)軸協(xié)會(huì)刊《軸承工業(yè)》2022年第2期