CN109082587A - 风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，工艺步骤如下：下料→装炉加热→墩粗→辗环→预备热处理→粗车→UT探伤→调质热处理→精车加工。采用上述的制造方法生产的环锻件由于环件中的含碳量增加，从而提高了环件表面高频淬火的硬度，增加了环件的耐磨性；另外，热处理采用多段淬火技术，通过水冷和空冷循环淬火，在保证环锻件不开裂的前提下，最大限度提升淬硬层深度，使环锻件在经过金加工后，环锻件60mm深处硬度能达到表面硬度95%以上。此外，采用了动态阶梯升温介质淬火冷却技术，使得产品淬火时高温冷速快、低温冷速慢，最大限度满足金属淬火时的要求，确保马氏体充分转变的同时，减少相变应力，有效防止环锻件淬火开裂。

Description

风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法
技术领域
本发明涉及环锻件制造工艺领域，具体涉及风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法。
背景技术
风力发电用高碳高镍合金钢环锻件常用于制作风电机组关键性零部件，如：风机增速器轴承、主轴轴承、风电回转支承用齿圈等，对风电机组的运行起着至关重要的作用。
优质的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件是目前风机组产业供应链中的主要瓶颈。材料的好坏直接决定风电机组的性能和寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能生产优质的高碳高镍合金钢环锻件的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其特征在于：工艺步骤如下：下料→装炉加热→墩粗→辗环→预备热处理→粗车→UT探伤→调质热处理→精车加工；
（1）下料中：选用的钢料为:42CrMoNi-HL，其化学成分按照质量百分比包括：C：0.44～0.48% 、Si：0.25～0.35%、Mn ：0.80～0.90%、P： ≤0.015%、S： ≤0.008 %、Cr：1.05～1.20%、Mo：0.25～0.30%、Ni ：0.47～0.52%、Cu：≤0.20%、V：≤0.03%、Al：0.015～0.045%、Ti：≤0.005%、H：≤2ppm、O：≤20ppm，余量为Fe；
（2）预备热处理中：将冷却至室温的环锻件进行正火，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤180℃/h的速率升温至870℃±10℃并至少保温a+1.5小时，然后使环锻件空冷至室温，空冷过程中不得有风直吹环锻件表面，a≈环锻件的壁厚或者高度中相对小的值（单位毫米）÷100×2.5；
（3）调质热处理中：首先对环锻件进行淬火，然后对环锻件进行回火；淬火时，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤180℃/h的速率升温至850℃±10℃并至少保温b+1.5小时，然后对环锻件进行淬火，环锻件的整个淬火冷却过程控制在6～10分钟，水冷时水温控制在25～40℃，淬火的具体过程是：环锻件出炉后先在空气中预冷1分30秒～2分钟，入水冷2分40秒～3分20秒，出水空冷1分50秒～2分10秒后，再入水冷1分50秒～2分10秒，最后装炉进行回火；环锻件淬火后的硬度≥400HB， b≈环锻件的壁厚或者高度中相对小的值（单位毫米）÷100×2.5；回火时，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤150℃/h的速率升温至590℃±10℃并至少保温c+3小时，然后环锻件空冷至室温，c≈环锻件的壁厚或者高度中相对小的值（单位毫米）÷100×3.75。
进一步的，前述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其中：UT探伤按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
进一步的，前述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其中：下料钢锭采用电炉+炉外精炼+真空脱气的冶炼方法。
进一步的，前述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其中：下料钢锭的力学性能需满足：抗拉强度Rm（MPa）≥900、屈服强度Rp（MPa）≥750、延伸率A（%）≥16、断面收缩率Z（%）≥56、冲击功AKv2（J）(-40℃) ≥42、硬度HB为268～312。
进一步的，前述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其中：由于环锻件高碳高镍，考虑到淬火时可能会产生肉眼看不见的微裂纹，且空冷时间长裂纹会延伸，淬火和回火的时间间隔不超过0.5小时。
本发明的优点为：采用本发明所述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法生产的环锻件由于环件中的含碳量增加，从而提高了环件表面高频淬火的硬度，增加了环件的耐磨性；另外，热处理采用多段淬火技术，通过水冷和空冷循环淬火，在保证环锻件不开裂的前提下，最大限度提升淬硬层深度，使环锻件在经过金加工后，环锻件60mm深处硬度能达到表面硬度95%以上。此外，采用了动态阶梯升温介质淬火冷却技术，淬火前通过工装圈先入水来保证水槽的水温在20～25℃，淬火过程中密切关注水温，水温控制在25～40℃，如果水温升高立即将水泵打开和交换器打开，进行冷热交换，同时调节四个搅拌机的速率和位置来调整水流的速度，也保证了工件淬火时的冷却速率，通过该技术能实现产品淬火时高温冷速快、低温冷速慢的目的，最大限度满足金属淬火时的要求，确保马氏体充分转变的同时，减少相变应力，有效防止环锻件淬火开裂。通常的高碳高镍合金钢锻件都是在介质液或油中冷却的，冷却的速度较慢，表面和心部的硬度差在60HB左右，并且1/4壁厚处的力学性能上不去，1/4处的组织以贝氏体+铁素体为主，冲击功都在个位数。通过水空水的冷却方式，表面和心部的硬度差降低了20个HB左右，1/4壁厚处的冲击功在20焦耳左右，有了明显的提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，工艺步骤如下：下料→装炉加热→墩粗→辗环→预备热处理→粗车→UT探伤→调质热处理→精车加工；
（1）下料中：选用的钢料为:42CrMoNi-HL，其化学成分按照质量百分比包括：C：0.44～0.48% 、Si：0.25～0.35%、Mn ：0.80～0.90%、P： ≤0.015%、S： ≤0.008 %、Cr：1.05～1.20%、Mo：0.25～0.30%、Ni ：0.47～0.52%、Cu：≤0.20%、V：≤0.03%、Al：0.015～0.045%、Ti：≤0.005%、H：≤2ppm、O：≤20ppm，余量为Fe；下料钢锭采用电炉+炉外精炼+真空脱气的冶炼方法；下料钢锭的力学性能需满足：抗拉强度Rm（MPa）≥900、屈服强度Rp（MPa）≥750、延伸率A（%）≥16、断面收缩率Z（%）≥56、冲击功AKv2（J）(-40℃) ≥42、硬度HB为268～312；
（2）根据工艺要求对钢坯进行装炉加热，然后墩粗和辗环，制得尺寸为φ2679×φ2393×232mm的环锻件；
（3）预备热处理中：将冷却至室温的环锻件进行正火，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤180℃/h的速率升温至870℃±10℃并至少保温5.5小时,5.5=a+1.5，a≈143÷100×2.5≈4，然后使环锻件空冷至室温，空冷过程中不得有风直吹环锻件表面；
（4）将环锻件粗车至φ2675×φ2397×224mm；
（5）对粗车后的环锻件进行UT探伤，UT探伤按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级；
（6）调质热处理中：首先对环锻件进行淬火，然后对环锻件进行回火，淬火和回火时间间隔不得超过30分钟；淬火时，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤180℃/h的速率升温至850℃±10℃并至少保温5小时，5=b+1.5,b≈139÷100×2.5≈3.5,然后预冷1分50秒，水冷3分钟，空冷2分钟，水冷2分钟，水冷时水温控制在25～40℃，环锻件淬火后的硬度≥400HB；水冷淬火时进行较短时间的空冷，可以减少热应力，使工件畸变和开裂的倾向变小，并且还可以增大锻件的淬硬层，提高了产品的综合力学性能；回火时，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤150℃/h的速率升温至620℃±10℃并至少保温8.5小时,8.5=c+3,c≈141÷100×3.75≈5.5，然后环锻件空冷至室温；
（7）将环锻件精车至φ2671×φ2421×214mm。
为了节约能源以及提高生产效率，通常会对数件环锻件一起正火加热、淬火加热、回火加热，入炉的环锻件需要均匀摆放，环锻件之间用不少于四块垫铁叠放，垫铁高度为40～60mm，并且各个垫铁需放置在环锻件壁厚的中间处，各个环锻件之间的垫块数量均相同，并且位于同一侧的各个垫块上下对齐，垫块之间的间距通常在圆周长800～1200mm之间。

Claims (5)

1.风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其特征在于：工艺步骤如下：下料→装炉加热→墩粗→辗环→预备热处理→粗车→UT探伤→调质热处理→精车加工；
（1）下料中：选用的钢料为:42CrMoNi-HL，其化学成分按照质量百分比包括：C：0.44～0.48% 、Si：0.25～0.35%、Mn ：0.80～0.90%、P： ≤0.015%、S： ≤0.008 %、Cr：1.05～1.20%、Mo：0.25～0.30%、Ni ：0.47～0.52%、Cu：≤0.20%、V：≤0.03%、Al：0.015～0.045%、Ti：≤0.005%、H：≤2ppm、O：≤20ppm，余量为Fe；
（2）预备热处理中：将冷却至室温的环锻件进行正火，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤180℃/h的速率升温至870℃±10℃并至少保温a+1.5小时，然后使环锻件空冷至室温，空冷过程中不得有风直吹环锻件表面，a≈环锻件的壁厚或者高度中相对小的值（单位毫米）÷100×2.5；
（3）调质热处理中：首先对环锻件进行淬火，然后对环锻件进行回火；淬火时，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤180℃/h的速率升温至850℃±10℃并至少保温b+1.5小时，然后对环锻件进行淬火，环锻件的整个淬火冷却过程控制在6～10分钟，水冷时水温控制在25～40℃，淬火的具体过程是：环锻件出炉后先在空气中预冷1分30秒～2分钟，入水冷2分40秒～3分20秒，出水空冷1分50秒～2分10秒后，再入水冷1分50秒～2分10秒，最后装炉进行回火；环锻件淬火后的硬度≥400HB， b≈环锻件的壁厚或者高度中相对小的值（单位毫米）÷100×2.5；回火时，环锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后电炉进行加热，使得炉内温度以≤150℃/h的速率升温至590℃±10℃并至少保温c+3小时，然后环锻件空冷至室温，c≈环锻件的壁厚或者高度中相对小的值（单位毫米）÷100×3.75。
2.根据权利要求1所述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其特征在于：UT探伤按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其特征在于：下料钢锭采用电炉+炉外精炼+真空脱气的冶炼方法。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其特征在于：下料钢锭的力学性能需满足：抗拉强度Rm（MPa）≥900、屈服强度Rp（MPa）≥750、延伸率A（%）≥16、断面收缩率Z（%）≥56、冲击功AKv2（J）(-40℃) ≥42、硬度HB为268～312。
5.根据权利要求1或2所述的风力发电用高碳高镍合金钢环锻件的制造方法，其特征在于：由于环锻件高碳高镍，考虑到淬火时可能会产生肉眼看不见的微裂纹，且空冷时间长裂纹会延伸，淬火和回火的时间间隔不超过0.5小时。
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