CN103614530A - 悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺中的淬火工艺 - Google Patents

Abstract

悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺的淬火工艺，选用35CrMo热轧棒料为主要材料；为保证钢脚机械性能的离散性符合要求，热处理设备托辊型网带式电阻炉生产线,控制各加热分区的温度和时间,采用特殊淬火介质,通过对锻造成形的钢脚进行淬火回火的调质处理,目的是细化晶粒，使组织均匀，改善碳化物分布状态，最终获得粒度等级在6级以上,以回火索氏体为主的基体组织,从而提高钢脚的低温性能。产品经具有CNAS认证（登记号L5412）的大连华锐重工集团有限公司试验中心测试，-20℃冲击值最低在60焦耳以上，远高于要求的20焦耳，同时室温延伸率保证在18%以上，高于要求的16%。

Description

悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺中的淬火工艺

技术领域

本发明涉及一种金属部件生产工艺，尤其涉及一种悬式绝缘子钢脚的生产工艺中的淬火工艺。

背景技术

全球经济的持续发展,对输变电行业需求日益增长,由于各国家地区的地理气候条件的差异,对输变电产品的要求也同样越来越高。钢脚是悬式绝缘子关键金属元件之一,作用是在复杂多变的气象条件下，抵御电荷条件发生变化导致的各种机电应力，维持对绝缘子的有效连接，保证绝缘子的基本功能，即支撑输变电线路和防止电流回地。在悬式绝缘子中，钢脚与其它元件的装配是通过用铝酸盐水泥填满元件之间的间隙进行胶合来实现的。绝缘子在使用过程中除承受的导线及金属附件本身机械负荷之外，还必须承受恶劣天气情况下的强风载荷、冰雪载荷及意外情况下的冲击载荷，钢脚则能通过吸收绝缘子在重负荷下的拉应力，充发挥绝缘子整体抗压能力的特性,保证输变电路的安全运行。随着输变电线路的延伸，尤其是在北美北欧等高寒地区，对绝缘子在零下20℃下的超低温使用性能提出了特殊要求，以“南京电气（集团）有限公司”为例，其加拿大客户在订单中明确提出，绝缘子必须具备在零下20℃的超低温条件下正常运行的能力，绝缘子钢脚在零下20℃下冲击功必须大于20焦耳，同时常规延伸率稳定在16%以上。虽然国标标准IEC60383-1:1993(等同我国国家标准GB/T1001.1-2003,标称电压高于1000V的架空线路绝缘子第一部分交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件—定义、试验方法和判定准则。)对绝缘子元件型式和抽样试验做了明确要求，但对钢脚的制造没有更细化的标准要求，一般企业都是执行企业内部标准，我国在国标JB/T9677-1999（盘形悬式绝缘子钢脚）中对钢脚制造的提出了具体技术标准，现有这些钢脚的标准都不完善，难以满足绝缘子在零下20℃低温条件下使用要求，缺乏对超低温条件下钢脚的选材、试验和接收标准，国标JB/T9677-1999甚至没有对钢脚的低温性能提出要求。譬如输变电行业在绝缘子钢脚主要传统材料为中碳钢或其它含Mn合金钢，经过热处理可满足常温工作条件要求，但这些材料低温性能都比较差，尤其是不稳定,如45钢零下20℃时的冲击功波动范围在10-70焦耳之间,很多时候在要求的20焦耳以下,阻碍了绝缘子在高寒低温地区的使用。

现国家标准JB/T9677-1999（盘形悬式绝缘子钢脚）中推荐使用的钢材为Q235，Q255，20，40，45，20Mn，35Mn，40Mn，70Mn，20Mn2，20MnV，25Mn2V等，近年国内行业中使用40Mn2和45Mn2来制造钢脚的也较为普遍，对材料的热处理没有做强制性要求，对钢脚的低温性能也没有标准要求。国外企业如输变电全球排名首位的SEVES集团则在企业内部标准PENCC0021R08（SEVES玻璃绝缘子钢制部件制造标准）中全部采用中碳钢C40/45/55/60，配合不同的热处理工艺来满足不同强度等级要求。以上标准中共同特点是所选材料常温性能都能满足使用要求，但不具备优异的低温性能。

发明内容

本发明采用CrMo系合金钢替代传统制造钢脚材料，通过专用热处理生产线处理改变机械性能，提高钢脚超低温条件下的抗冲击能力，满足悬式绝缘子在高寒地区的使用要求。尤其设计了一种悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺中的淬火工艺。

通过综合分析比较，优选取迥别于传统生产工艺使用的材料CrMo系合金钢，方案选用￠18，￠22，￠24和￠32的35CrMo热轧棒料为主要材料；为保证钢脚机械性能的离散性符合要求，热处理设备采用RCWC9-50*600*10托辊型网带式电阻炉生产线,如苏州市金苏电炉有限公司生产的金苏牌,控制各加热分区的温度和时间,采用特殊淬火介质,通过对锻造成形的钢脚进行淬火回火的调质处理。

我公司通常生产的低温钢脚的规格为100KN，120KN，140KN，160KN，222KN，300KN。原材料直径分别为￠18/18/18/22/22/25mm。

生产加工时，选用35CrMo热轧钢棒材，经酸洗除锈后进行冷拔处理，得到粗加工棒材，然后按工艺下料长度切断成短材，对短材一端进行高频加热，然后在摩擦压力机上锻打形成工艺要求尺寸的球头，经落飞边处理后，高频加热另一端，在开式工作台压力机上锻打形成工艺要求尺寸的锥头（浇装头），最后对锥头落飞边处理，再对球头及锥头落边后形成的毛刺用砂带机打磨处理，锻造后的成品首先要经100%例行试验，在试验机上进行拉力负荷的试验，以检验产品是否存在影响强度的缺陷，例行试验合格的产品进入热处理工序；

本发明涉及的具体技术方案为：热处理工序采用托辊型网带式电阻炉生产线，该生产线包括淬火工位和回火工位，热处理工序由人工布料，将球头钢脚采用与网带行进方向垂直的方向布料，错落紧密排列；网带速度设定为11-14HZ；工作时淬火工位设四个加热温区，分别为840-870℃，840-870℃，840-870℃，840-870℃，工件经过四个加热温区后进入淬火槽，淬火槽的淬火介质采用专门配制的水溶性PAG淬火液,淬火介质温度控制在35℃左右，其PAG浓度为10-13%，之后工件进入到清洗槽，清洗槽在夏季无需加水或其它清洗液,保持清洗槽内常温,冬季加入净水,并将水温控制在35℃左右；清洗后工件进入回火工位，回火工位设两个加热温区，均为630-720℃，回火网带速度设定为25-28HZ，回火后冷却方式为空冷；

热处理结束后，对工件进行表面抛丸处理，去除表面氧化皮，用检规进行尺寸检验以及外观检验后进入下道磁粉探伤工序；磁粉探伤采用连续式检验生产线，进行纵横向磁化后喷淋磁悬液再经紫外线灯下检验；之后进入热镀锌前助镀处理，钢脚经水洗后在波美度15-25之间，温度为80℃左右的氯化铵浸泡15-30分钟后完成助镀，进入锌锅中进行热镀锌；之后打磨、检验、入库。

本案例实施过程中所使用的水溶性PAG淬火液为特殊配制的淬火介质,以结合上述生产工艺及设备，其具体配比如下:

水溶性PAG淬火液配制方法为：选取浓度为10%的PAG原液，首先将PAG原液按1：8的比例与自来水充分混合，之后加入占混合液总量5%的W901防锈剂，0.5%的XJ-103消泡剂，1.5%的G801防腐杀菌剂，3%的RQ322H表面活性剂，调整PAG原液在淬火液里的浓度为10-13%；进一步，其具体配制工艺为：先在淬火槽中加入淬火液总量45%的自来水（约淬火槽正常液面的50%），再加入10%的PAG原液，搅拌均匀后，加入其余35%的自来水，然后充分搅拌循环，再加入5%的W901防锈剂，0.5%的XJ-103消泡剂，1.5%的G801防腐杀菌剂，3%的RQ322H表面活性剂，再次充分搅拌，用折光仪检验测浓度，适当再加入自来水或PAG原液，将PAG原液浓度调整为10-13%。

本发明的有益效果是：细化工件材料的晶粒，使组织均匀，改善碳化物分布状态，最终获得粒度等级在6级以上,以回火索氏体为主的基体组织,从而提高钢脚的低温性能。产品经具有CNAS认证（登记号L5412）的大连华锐重工集团有限公司试验中心测试，-20℃冲击值最低在60焦耳以上,远高于要求的20焦耳,同时室温延伸率保证在18%以上，高于要求的16%。

本案例使用的淬火介质与传统PAG淬火液相比，其优点和成果是，本淬火介质无油无烟无毒更加抗老化，工作环境清洁，运动粘度低，工件易清洗，设备无积碳油泥，辅助以调整浓度、温度和搅拌程度可得到不同于传统淬火液的冷却能力，针对本案例低温产品，在淬火工艺上更有针对性。

具体实施方式

生产低温钢脚的规格通常为100KN，120KN，140KN，160KN，222KN，300KN。以下以300KN拉力等级低温球头钢脚的制造工艺做为实施例。

第一步：选用直径为￠25mm的35CrMo热轧钢棒材，长度为6M，经酸洗除锈后进行冷拔处理，得到直径为￠23.7mm的粗加工棒材，然后按工艺下料长度切断成224mm的短材，对短材一端进行高频加热至870-1050℃，然后在160T摩擦压力机上锻打形成工艺要求尺寸的球头，经落飞边处理后，高频加热另一端，在110T开式工作台压力机上锻打形成工艺要求尺寸的锥头（浇装头），最后对锥头落飞边处理，再对球头及锥头落边后形成的毛刺用砂带机打磨处理，锻造后的成品首先要经100%例行试验，在试验机上进行拉力等级的60%负荷的试验，以检验产品是否存在影响强度的缺陷，例行试验合格的产品进入热处理工序；

第二步：也是本发明关键工序之一，热处理工序采用RCWC9-50*600*10托辊型网带式电阻炉生产线，该生产线包括淬火工位和回火工位，热处理工序由人工布料，将300KN球头钢脚采用与网带行进方向垂直的方向布料，错落紧密排列；网带速度设定为12.4HZ；工作时淬火工位设四个加热温区，分别为850℃，850℃，850℃，820℃，工件经过四个加热温区后进入淬火槽，淬火槽的淬火介质采用专门配制的水溶性PAG淬火液,淬火介质温度控制在35℃，其PAG浓度为11%，之后工件进入到清洗槽，清洗槽在夏季无需加水或其它清洗液,保持清洗槽内常温,冬季加入净水,并将水温控制在35℃；清洗后工件进入回火工位，回火工位设两个加热温区，均为660℃，回火网带速度设定为27HZ，回火后冷却方式为空冷；

热处理后的产品按ASTMA370标准进行检验，晶粒度为6级以上（标准要求大于5级），常温延伸率大于18%（标准要求大于16%），-20℃夏比冲击在80-130焦耳之间（标准要求20焦耳以上），完全满足钢脚的低温性能要求。第三步：热处理结束后，对工件进行表面抛丸处理，去除表面氧化皮，用检规进行尺寸检验以及外观检验后进入下道磁粉探伤工序；磁粉探伤采用连续式检验生产线，进行纵横向磁化后喷淋磁悬液再经紫外线灯下检验；之后进入热镀锌前助镀处理，钢脚经水洗后在波美度15-25之间，温度为80℃左右的氯化铵浸泡15-30分钟后完成助镀，进入530℃锌锅中进行热镀锌；之后打磨、检验、入库。

本实施例所使用的水溶性PAG淬火液为特殊配制的淬火介质,具体配制工艺为：先在淬火槽中加入淬火液总量45%的自来水（约淬火槽正常液面的50%），再加入10%的PAG原液，搅拌均匀后，加入其余35%的自来水，然后充分搅拌循环，再加入5%的W901防锈剂，0.5%的XJ-103消泡剂，1.5%的G801防腐杀菌剂，3%的RQ322H表面活性剂，再次充分搅拌，用折光仪检验测浓度，适当再加入自来水或PAG原液，将PAG原液浓度调整为11%。

所属的W901防锈剂为苏州瑞玛化学有限公司生产，所属的XJ-103消泡剂为上海立奇化工助剂有限公司生产，所述的防腐杀菌剂G801为上海九信化学有限公司生产，RQ-322H表面活性剂为深圳市荣强科技有限公司生产。

其余规格100KN,120KN，140KN，160KN，222KN，所选用材料均为35CrMo热轧钢棒材,原材料直径分别为￠18/18/18/22/22mm,热处理淬火四个加热温区温度分别为840-870℃，840-870℃，840-870℃，840-870℃，淬火介质PAG浓度控制在10-13%；网带速度设定为11-14HZ,回火工位设两个加热温区，均为630-720℃，回火网带速度设定为25-28HZ，回火后冷却方式为空冷。

本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺中的淬火工艺，采用以下具体步骤：

热处理工序采用托辊型网带式电阻炉生产线，该生产线包括淬火工位和回火工位，热处理工序由人工布料，将球头钢脚采用与网带行进方向垂直的方向布料，错落紧密排列；网带速度设定为11-14HZ；工作时淬火工位设四个加热温区，分别为840-870℃，840-870℃，840-870℃，840-870℃，工件经过四个加热温区后进入淬火槽，淬火槽的淬火介质采用专门配制的水溶性PAG淬火液,淬火介质温度控制在35℃左右，其PAG浓度为10-13%，之后工件进入到清洗槽，清洗槽在夏季无需加水或其它清洗液,保持清洗槽内常温,冬季加入净水,并将水温控制在35℃左右；清洗后工件进入回火工位，回火工位设两个加热温区，均为630-720℃，回火网带速度设定为25-28HZ，回火后冷却方式为空冷。

2.如权利要求1所述的悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺中的淬火工艺，其特征在于：所述的水溶性PAG淬火液为特殊配制的淬火介质,其具体配制方法如下:选取浓度为10%的PAG原液，首先将PAG原液按1：8的比例与自来水充分混合，之后加入占混合液总量5%的W901防锈剂，0.5%的XJ-103消泡剂，1.5%的G801防腐杀菌剂，3%的RQ322H表面活性剂，调整PAG原液在淬火液里的浓度为10-13%。

3.如权利要求1或2所述的一种悬式绝缘子超低温钢脚的生产工艺的淬火工艺，其特征在于：所述的水溶性PAG淬火液具体配制工艺为：先在淬火槽中加入淬火液总量45%的自来水，再加入10%的PAG原液，搅拌均匀后，加入其余35%的自来水，然后充分搅拌循环，再加入5%的W901防锈剂，0.5%的XJ-103消泡剂，1.5%的G801防腐杀菌剂，3%的RQ322H表面活性剂，再次充分搅拌，用折光仪检验测浓度，适当再加入自来水或PAG原液，将PAG原液浓度调整为10-13%。