风电主轴作为风力发电机组的关键承力部件，其锻件需满足极端载荷、长寿命和高可靠性的要求。以下是风电主轴锻件的核心技术要求及工艺控制要点：

一、材料要求

材料牌号

常用低合金高强度钢：

34CrNiMo6（德标）/ AISI 4340（美标）：抗拉强度≥850MPa

42CrMo4（EN 10083）：屈服强度≥650MPa

特殊环境可选 F22V（ASTM A182）：耐低温冲击（-40℃ KV2≥60J）

纯净度控制

硫磷含量：S≤0.005%，P≤0.010%（核电级纯净钢标准）

夹杂物评级：A类（硫化物）≤1.5级，B/C类（氧化物）≤1.0级（按ASTM E45）

二、锻造工艺关键控制

1. 锻造方式

自由锻+精整：

镦粗比≥2.5，拔长锻造比≥4（确保心部压实）

采用WHF（宽砧强压）法：砧宽比0.8~0.9，压下率20~30%

径向锻造（精锻机）：

适用于5MW以上大主轴，尺寸精度±1.5mm/m

2. 温度控制

加热温度：1180~1220℃（34CrNiMo6取1200℃±10℃）

终锻温度：≥850℃（避免低温锻造导致混晶）

冷却速率：

正火冷却：空冷速率0.5~1℃/s（防止贝氏体转变）

调质前预冷：600℃等温转变（减少淬火应力）

3. 组织性能要求

指标要求值检测标准

晶粒度 ≥5级（ASTM E112） 金相显微镜 

超声波探伤 Φ2mm平底孔当量缺陷 EN 10228-3 

断裂韧性 KIC≥120MPa·√m（-20℃） ASTM E1820 

三、热处理规范

调质处理

淬火：850~880℃水淬（截面＞500mm时采用水-空交替冷却）

回火：580~620℃×（每100mm厚度保温2h），硬度要求240~280HB

去应力退火

粗加工后：550℃×6h，炉冷至300℃出炉（消除90%以上残余应力）

局部强化

轴承位表面淬火：感应淬火硬度50~55HRC，淬硬层深3~5mm

四、机械性能标准

性能参数34CrNiMo6要求测试方法

抗拉强度（Rm） 850~1000MPa ISO 6892-1 

屈服强度（Rp0.2） ≥700MPa ISO 6892-1 

延伸率（A5） ≥14% ISO 6892-1 

冲击功（-30℃） ≥40J（V型缺口） ISO 148-1 

五、无损检测要求

超声波检测（UT）

100%体积检测，验收标准：

当量缺陷≤Φ3mm（齿槽区≤Φ2mm）

不允许存在线性缺陷（裂纹、白点）

磁粉检测（MT）

所有表面100%检测，裂纹不允许（按ISO 4986标准）

渗透检测（PT）

关键区域（如过渡圆角）额外PT检测

六、尺寸与形位公差

项目公差要求示例（5MW主轴）

总长度（10m） ±5mm 10000±5mm 

法兰平面度 ≤0.1mm/m ≤1.5mm/Φ1500mm 

轴承位圆度 ≤0.02mm Φ400±0.05mm 

轴身直线度 ≤1mm/m ≤10mm/10m 

七、特殊环境适应性

低温韧性

北极机型需-40℃冲击功≥60J（模拟极寒环境测试）

防腐要求

海上风电主轴需增加：

不锈钢堆焊层（如ERNiCrMo-3）

盐雾试验≥2000h（ISO 9227）

八、典型案例（8MW海上风电主轴锻件）

材料：34CrNiMo6，锻件重量42吨

锻造：

三次镦拔（总锻造比6.8），径轴向联合成形

热处理：

差温加热淬火（心部880℃，表层920℃）

检测：

相控阵超声（PAUT）+ 数字射线（DR）双检

关键控制要点

全流程追溯：记录冶炼、锻造、热处理全参数（符合GL2010认证要求）

残余应力控制：

振动时效+深冷处理（-80℃×4h），应力降低40%以上

疲劳验证：

台架测试≥10^7次循环（载荷谱按IEC 61400-4）

通过上述控制，风电主轴锻件寿命可达20年以上（等效运行3.6万小时无失效）。