风电轴承钢GCr15SiMn中钛含量的控制限

GNR中国办事处

风电技术装备是风电产业的重要组成部分，也是风电产业发展的基础和保障。其中风电轴承的难点技术是，针对主轴轴承要求无故障运转达130000h以上，并具有95%以上的可靠度，极高的载荷容量;需要主轴承具备致密的低倍组织，较低的有害元素含量(如钛和氮)，钛含量要求控制在30ppm以下。

图片用于风力发电的调心滚子轴承示意图，图源网络。

钢中的氮化物以氮化钛(TiN)为主，是一种硬度很高的不变形夹杂物。在交变应力的作用下会造成应力集中，使轴承钢局部受力激增，进而对轴承设备造成损坏，缩短风机使用寿命。钢中的钛、氮含量与TiN夹杂有密切联系，即随着钛、氮含量的增加，TiN含量随之增加。所以要想提高轴承钢的疲劳寿命就应当尽量减少钢中钛的含量，减少其形成TiN的可能性。

常见的控制标准为，当钢中氮含量为60ppm，控制钛含量≤27ppm;当钢中氮含量增加到80ppm，控制钛含量≤20ppm。例如,日本高周波公司开发了以低钛为特色的SUJ2KRF钢,其中 [Ti] + [O] ≤18ppm,寿命比普通轴承钢材提高约2倍。住友公司对不同钛含量和氧含量的钢管所进行的试验也证明,低氧和低钛有利于寿命的提高。国外生产轴承钢厂家的钛含量见表1。

国内企业如兴澄特钢生产的GCr15钢其中钛含量可以控制在20~40ppm。目前，在工业生产中多是针对GCr15类高碳铬轴承钢的钛含量控制，对类似的高硅、高锰、高碳铬轴承钢的钛含量控制限还少有提及，但也可以推而广之。风电轴承钢化学成分见表2。

GCr15SiMn在钛含量控制上有其钢种自身难点。其成分中钛含量是冶炼过程控制的难点，原因是硅锰轴承钢在调整硅的同时，合金中会带入钛，由于钢中氧含量很低，钛容易还原进入钢水中，因此选用适宜的铬铁和合金冶炼轴承钢是降低钛含量的重要手段。而选择一款正确的直读光谱仪对钛含量进行全程监控，则是冶炼高标准轴承钢的关键。

GNR始终专注于直读光谱仪的生产和研发，致力于帮助用户在快节奏的工业生产中，快速得到关键元素的准确结果。使用GNR直读光谱仪可以准确测试ppm级别Ti元素含量。

如下图中，客户样品中Ti元素需要控制在15ppm以下。测试结果为11ppm，数据稳定可靠。

数据使用GNR CMOS S3测试得出。

参考文献：江成斌，风电轴承钢 GCr15SiMn 中钛含量控制实践

GNR S3仪器特点:

C,P,S,N元素精准检测。整机、电路系统全部由意大利制造。极佳的测样稳定性及精度保障。