CN104889308A - 一种风力发电用主轴的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机用主轴的锻造方法，该方法包括如下步骤：步骤01：选择采用依次进行过电炉冶炼、炉外精炼及真空除气冶炼的钢锭作为原材料，热切钢锭锭尾；步骤02：将钢锭装炉加热到始锻温度1250±10°C，保温7～10小时出炉锻造；步骤03：第一火两镦两拔后做出预成坯，即T形坯料；步骤04：第二火终锻成型；步骤05：风冷，对锻件采用锻后风冷+两次正火+回火热处理；步骤06：出退火炉后锻件全身100%黑皮超探，超探合格后进行粗加工，粗加见光后对锻件进行100%无损探伤检测；步骤07：调质。本发明提供了一种节约大量的燃气电能消耗及提高工作效率和锻造质量的风力发电用主轴的锻造方法。

Description

一种风力发电用主轴的锻造方法

技术领域

本发明属于锻造生产技术领域，涉及一种风力发电机用主轴的锻造方法。

背景技术

    目前，随着风电行业在我国的飞速发展和成熟，风力发电主轴已经向兆瓦级方向发展，其锻件质量要求越来越高，对风电主轴的设计制造和锻造生产方法就提出了更高的要求。

现在主流的风电主轴锻造方法仍采用的是传统的锻造工艺和锻后热处理工艺。采用这种锻造方式存在以下诸多不足：采用传统锻造方法，加热次数多，导致锻件火耗加大，燃气电能消耗量大，锻造时间长，锻造效率低，员工劳动强度大，锻造精度得不到有效控制，不利于未来节能减排的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种节约了大量的燃气电能消耗及提高工作效率和锻造质量的风力发电用主轴的锻造方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种风力发电用主轴的锻造方法，该方法包括如下步骤：

步骤01：选择采用依次进行过电炉冶炼、炉外精炼及真空除气冶炼的钢锭作为原材料，热切钢锭锭尾；

步骤02：将钢锭装炉加热到始锻温度1250±10°C，保温7～10小时出炉锻造；

步骤03：第一火两镦两拔后做出预成坯，即T形坯料；将加热炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒口端压钳把，然后将钳把放入镦粗漏盘孔内，再将平面镦粗板放置在钢锭锭尾，采用油压机强力镦粗，此时钢锭镦粗系数为2.0～2.5，镦粗至一定高度后取出锻坯，操作机夹持钳把，然后在上下宽平砧上强压拔长至方形坯料，将坯料直角处倒棱并圆滑过渡，再次重复上述工序，进行第二次强力镦粗，镦粗后操纵机加持钳把，对坯料做滚圆拔长处理，然后采用上平砧、下三角刻刀对锻坯刻痕，分法兰端料长和轴身端料长，轴身端料继续在上下宽平砧上锻造，按每一道次压下量20%-25%锻造，沿同一方向拔长至一定高度后，翻转90度，再用同样的方法锻造另一面，按照四方—八方—十六方—圆的变形工序拔长，制出预成坯，其中轴身端料的直径应该小于上模口内径20～30mm，油压机剁切钳把，此时锻坯的整体锻造比已增加至3.5～5.0，能够完全锻合钢锭中心缺陷，完成破碎铸态组织，锻合内部孔隙性缺陷，提高风电主轴轴的锻造质量。将坯料装加热炉继续加热至1250°C±10°C，保温3小时以上；

步骤04：第二火终锻成型；把制好的T形坯料，用行车吊入上模口，再将上模口和T形坯料一起装卡在中间支撑中，在坯料顶部放置平面镦粗板，采用油压机最大锻造压力对法兰端料强压镦粗至合适的高度；然后采用上平砧对法兰端料旋转碾压至锻件所需尺寸高度，平整；取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上下宽平砧，对法兰端外径进行滚圆，平整；然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻造至锻件所需尺寸即可；

步骤05：风冷，对锻件采用锻后风冷+两次正火+回火热处理；

步骤06：出退火炉后锻件全身100%黑皮超探，超探合格后进行粗加工，粗加见光后对锻件进行100%无损探伤检测；

步骤07：调质。

所述步骤02的钢锭加热方法主要是热钢锭加热，具体加热工艺过程为：对于钢铁厂热送的表面温度大于550°C的钢锭认定为热钢锭，对热钢锭的加热方法是装加热炉后直接按加热炉的最大功率升温至1250±10°C，保温7～10小时，出炉锻造。

所述的步骤03中的上下宽平砧强压锻造法，进行大平面强压镦粗锻造时，锻件的高径比小于1，以使锻件心部的σr和σθ由拉应力转化为压应力。

所述步骤04中的上模口和中间支撑都是空心的且两者轴线重合，上模口装卡在中间支撑上面，所述上模口的倒角R值大于风电主轴法兰端的倒角R值。

所述步骤05中的两次正火温度及正火后冷却方式具体如下：锻后将锻件冷却至400～450°C，进炉在550～600℃待料后保温9小时，再加热升温至930±10°C，升温速度小于80℃/小时，均温后保温9小时，然后出炉，用直径为1200mm的轴流式风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至500～550°C，再进炉保温，保温时间9小时，然后加热升温至830±10°C，升温过程中，升温速度小于80°C/小时，保温9小时，出炉雾冷至500～550℃开始风冷至350～400℃，保温9h后以升温速度小于80°C/小时升温至650±10°C，继续保温37h，开始以升温速度小于30°C/小时降温至300℃以下，锻件可出炉冷却。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明所述的高效节能型风机发电机主轴锻造方法，第一火预锻制坯便确保了的锻件严格的锻造质量要求，便减少了锻造工序，节约锻造时间，降低了锻件火耗；第二火采用在大倒角R值上模口上锻压法兰端时，有效的控制了锻坯坯料在垂直方向上向下的位移，提高了锻件的锻造精度；锻后采用的热处理工艺，节约了大量的燃气电能消耗，并提高了工作效率，大大降低了工人的劳动强度和生产成本，提高风电主轴的锻造质量，实现了风电主轴高效节能型的发展道路。

所述的步骤03中的上下宽平砧强压锻造法，进行大平面强压镦粗锻造时，此时锻件的高径比（H/D)小于1，以使锻件心部的σr和σθ由拉应力转化为压应力，使锻件心部处于三向压应力状态，且能够最大限度的增加锻坯的锻造比。能够更好的锻合钢锭中心缺陷，完成破碎铸态组织，锻合内部孔隙性缺陷，提高风电主轴的锻造质量。

作为改进，所述步骤04中的上模口和中间支撑都是空心的且轴线重合，上模口可以装卡在中间支撑上面，所述上模口的倒角R值需大于风电主轴法兰端的倒角R值。因采用大倒角R的上模口，在进行第二火锻造时，压机上平砧对法兰端料进行强压锻造时，大倒角R的上模口能够减少压机垂直方向对锻坯中心的切应力集中，减少坯料在锻压法兰端时垂直方向下的位移，因而有效的提高了锻件的锻造精度。

附图说明

图1是本发明热钢锭加热工艺图。

图2是本发明预成坯T形坯料图。

  图3是本发明锻件成品示意图。

图4是本发明锻后进行的热处理工艺图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明进一步详细描述。

一种风力发电机用主轴的锻造方法，这里风力风电机用主轴指的是2.0MW风电主轴，该锻造方法包括如下步骤：

步骤01：选用的钢锭必须是采用电炉冶炼+LF(炉外精炼）+VD（真空除气）冶炼工艺冶炼的钢锭原材料；选用材质为42CrMoA，按照标准EN10083-1的要求，0.40%≤C≤0.45%,Si≤0.40%,0.60%≤Mn≤0.80%,S≦0.15%，P≦0.20%，1.00%≤Cr≤1.20%,0.4%≤Ni≤0.60%，0.18%≤Mo≤0.30%，其中[H]≦2.0ppm；[O]≦25ppm；

步骤02：根据图1、2，对于将表面温度大于550°C的钢锭装入到热炉后直接按加热炉的最大功率升温至1250±10°C，保温7～10小时，出炉锻造；

步骤03：第一火锻制预成坯，将炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒口端压钳口，φ550*600mm，然后将钳口放入镦粗漏盘孔内，将平面镦粗板放置在钢锭锭尾，采用压机上宽砧强力镦粗，将钢锭有效锭身高度H=2330mm镦粗至H=1000mm，此时镦粗锻造比为2.33；取出锻坯，操作机夹持钳口端，然后采用上下宽平砧，用大平面强压镦粗锻造法，对锻件径向直接锻压至方1050mm，微倒楞，单边压下量50mm，操纵机加持钢锭钳把，然后将钳口放入镦粗漏盘孔内，重复第一次镦粗工序，镦粗后继续用上下宽平砧，采用WHF锻造法（宽砧强力压下锻造法），锻造并滚圆至φ1400*～1500mm。然后采用上平砧、下刻刀对锻坯刻痕分料，法兰端锻件尺寸为φ1400*550mm和轴身段锻件尺寸φ1400*～950mm.对轴身段料出脚拔长至φ920*2200,剁切钳口。进炉加热至1230～1250°C，保温3小时以上；

步骤04：第二火终锻成型，把预锻成型好的T型锻件，用行车吊入上模口和中间支撑中。在T形锻件锭尾端放置平面镦粗板，然后采用上宽平砧对法兰端料整体强压镦粗至H≈300mm，再平整法兰端至H=240mm。在上模口中取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上下平砧，对法兰端外径进行滚圆，平整，锻造至成品尺寸φ1750*240mm。然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻制成锻件尺寸，完成锻造。

步骤05：锻后对锻件进行风冷+两次正火和回火热处理；

根据图4锻后将锻件冷却至400～450°C，进炉升温至550～600℃保温9小时，再加热升温至930±10°C，升温速度小于80℃/小时，均温后保温9小时，然后出炉，用轴流式风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至500～550°C，再进炉保温，保温时间9小时，然后加热升温至830±10°C，升温过程中，升温速度小于80°C/小时，保温9小时，出炉雾冷至500～550℃开始风冷至350～400℃，保温9h后以升温速度小于80°C/小时升温至650±10°C，继续保温37h，开始以升温速度小于30°C/小时降温至300℃以下，锻件可出炉冷却；整个热处理工艺曲线可采用温度记录仪在线绘制温度曲线；

步骤05：出退火炉后锻件全身100%黑皮超探，超探合格后进行粗加工，粗加见光后对锻件进行100%无损探伤检测；

步骤06：进行调质，机械性能，金相，硬度检测，无损探伤，精车，包装。

本发明锻件成品规格如图3所示。

本实发明提供了一种风电主轴的锻造方法，具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风力发电用主轴的锻造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤01：选择采用依次进行过电炉冶炼、炉外精炼及真空除气冶炼的钢锭作为原材料，热切钢锭锭尾；

步骤02：将钢锭装炉加热到始锻温度1250±10°C，保温7～10小时出炉锻造；

步骤03：第一火两镦两拔后做出预成坯，即T形坯料；将加热炉内钢锭取出，使用上下平砧对钢锭冒口端压钳把，然后将钳把放入镦粗漏盘孔内，再将平面镦粗板放置在钢锭锭尾，采用油压机强力镦粗，此时钢锭镦粗系数为2.0～2.5，镦粗至一定高度后取出锻坯，操作机夹持钳把，然后在上下宽平砧上强压拔长至方形坯料，将坯料直角处倒棱并圆滑过渡，再次重复上述工序，进行第二次强力镦粗，镦粗后操纵机加持钳把，对坯料做滚圆拔长处理，然后采用上平砧、下三角刻刀对锻坯刻痕，分法兰端料长和轴身端料长，轴身端料继续在上下宽平砧上锻造，按每一道次压下量20%-25%锻造，沿同一方向拔长至一定高度后，翻转90度，再用同样的方法锻造另一面，按照四方—八方—十六方—圆的变形工序拔长，制出预成坯，其中轴身端料的直径应该小于上模口内径20～30mm，油压机剁切钳把，此时锻坯的整体锻造比已增加至3.5～5.0，能够完全锻合钢锭中心缺陷，完成破碎铸态组织，锻合内部孔隙性缺陷，提高风电主轴轴的锻造质量。

2.将坯料装加热炉继续加热至1250°C±10°C，保温3小时以上；

步骤04：第二火终锻成型；把制好的T形坯料，用行车吊入上模口，再将上模口和T形坯料一起装卡在中间支撑中，在坯料顶部放置平面镦粗板，采用油压机最大锻造压力对法兰端料强压镦粗至合适的高度；然后采用上平砧对法兰端料旋转碾压至锻件所需尺寸高度，平整；取出锻坯，操作机夹持风电轴小端，采用上下宽平砧，对法兰端外径进行滚圆，平整；然后操作机夹持法兰端，采用上下平砧，将轴身锻造至锻件所需尺寸即可；

步骤05：风冷，对锻件采用锻后风冷+两次正火+回火热处理；

步骤06：出退火炉后锻件全身100%黑皮超探，超探合格后进行粗加工，粗加见光后对锻件进行100%无损探伤检测；

步骤07：调质。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电用主轴的锻造方法，其特征在于：所述步骤02的钢锭加热方法主要是热钢锭加热，具体加热工艺过程为：对于钢铁厂热送的表面温度大于550°C的钢锭认定为热钢锭，对热钢锭的加热方法是装加热炉后直接按加热炉的最大功率升温至1250±10°C，保温7～10小时，出炉锻造。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电用主轴的锻造方法，其特征在于：所述的步骤03中的上下宽平砧强压锻造法，进行大平面强压镦粗锻造时，锻件的高径比小于1，以使锻件心部的σr和σθ由拉应力转化为压应力。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电用主轴的锻造方法，其特征在于：所述步骤04中的上模口和中间支撑都是空心的且两者轴线重合，上模口装卡在中间支撑上面，所述上模口的倒角R值大于风电主轴法兰端的倒角R值。

6.根据权利要求1所述的一种风力发电用主轴的锻造方法，其特征在于：所述步骤05中的两次正火温度及正火后冷却方式具体如下：锻后将锻件冷却至400～450°C，进炉在550～600℃待料后保温9小时，再加热升温至930±10°C，升温速度小于80℃/小时，均温后保温9小时，然后出炉，用直径为1200mm的轴流式风机均匀强制吹冷，使锻件外表面温度均匀冷却至500～550°C，再进炉保温，保温时间9小时，然后加热升温至830±10°C，升温过程中，升温速度小于80°C/小时，保温9小时，出炉雾冷至500～550℃开始风冷至350～400℃，保温9h后以升温速度小于80°C/小时升温至650±10°C，继续保温37h，开始以升温速度小于30°C/小时降温至300℃以下，锻件可出炉冷却。