CN109321835A - 用于风电转盘轴承的高合金元素材料及热处理优化工艺 - Google Patents

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唐虎娇
温博
曹桂清
赵海吉
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Abstract

本发明涉及风电转盘轴承材料的开发，具体是涉及用于风电转盘轴承的高合金元素材料，应用于5MW以上超大级别风电转盘轴承制造。包括的成分如下（按百分比重量计）：C：0.40‑0.48，Si：0.27‑0.47，Mn：0.75‑1.10，Cr：0.90‑1.20，P：≤0.015，S：≤0.015，Mo：0.20‑0.40，Ni：0.40‑2.0，Al：0.015‑0.045，Cu：≤0.20，H(ppm)≤2.0，O(ppm)≤15，Ca：≤0.001，As：≤0.04，Sn：≤0.03，Sb：≤0.005，Pb：≤0.002，Ti：≤0.0030，V：0.05‑0.15，N：0.006‑0.012，余量为Fe；此材料有效解决了5MW以上大壁厚风力发电轴承套圈调质热处理后机械性能不达标问题。同时此材料还有效解决了大壁厚风力发电轴承感应淬火时，由于壁厚加大，淬硬层深度要求更高，感应淬火时间延长导致晶粒粗大问题。

Description

用于风电转盘轴承的高合金元素材料及热处理优化工艺
技术领域
本发明涉及风电转盘轴承材料的开发，具体是涉及用于风电转盘轴承的高合金元素材料，应用于5MW以上超大级别风电转盘轴承制造。
背景技术
原国标风电转盘轴承材料，适宜在截面厚度150mm以下薄壁套圈上应用，随着发电量的提升，对轴承产品要求尺寸和壁厚更大、更厚，现有材料无法满足该类超大尺寸产品的综合力学性能、金相组织、疲劳寿命的要求。国内轴承领域中对于轴承壁大、壁厚的这材料一直处于空白。
发明内容
鉴于上述技术存在的空白，本发明提供一种用于风电转盘轴承的高合金元素材料，在常规热处理工艺条件下，实现超大尺寸轴承套圈优良的力学性能和调质热处理及感应淬火后组织细化，能够满足5MW以上，特别是10MW以上级别风电转盘轴承性能要求。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：用于风电转盘轴承的合金元素材料，包括的成分如下(按百分比重量计)：
C：0.40-0.48，Si：0.27-0.47，Mn：0.75-1.10，Cr：0.90-1.20，P：≤0.015，S：≤0.015，Mo：0.20-0.40，Ni：0.40-2.0，Al：0.015-0.045，Cu：≤0.20，H(ppm)≤2.0，O(ppm)≤15，Ca：≤0.001，As：≤0.04，Sn：≤0.03，Sb：≤0.005，Pb：≤0.002，Ti：≤0.0030，V：0.05-0.15，N：0.006-0.012，余量为Fe；
采用上述材料制备的风电转盘轴承的热处理工艺为：
a、淬火工序
工艺条件：加热温度为860℃～880℃，加热时间为400min～500min，放入淬火槽中淬火冷却。
冷却介质为水基淬火剂，冷却时间以上述工序中材料出冷却介质时工件温度80℃～110℃为准；冷却介质温度控制在20-50℃；
b、回火工序
回火温度550℃～590℃。
回火保温时间为500～600min。
热处理工序后取样检测：
仿形锻件尺寸：Φ1750*Φ1300*267，如图1所示；仿形锻件数量为6件，
按照上述热处理工艺进行热处理淬火后
取3个锻件570℃回火，回火后锻件标记为570℃-1#、570℃-2#、570℃-3#。
取另外3个锻件590℃回火，回火后锻件标记为590℃-1#、590℃-2#、590℃-3#，取样位置如2、3所示。
高温回火后硬度检测；
a、硬度梯度检测取样位置的选取
选取260*230的轴承端面，具体如图4；
硬度梯度检测数据，如表1、图5；
表1为高温回火后硬度：
硬度梯度检测结论：
本次试验590℃回火的1#，2#，3#试样心部硬度均满足标准260-304HB要求。570℃回火的1#，2#，3#试样心部硬度多数位置均满足标准280-320HB要求。
二、拉伸性能检测
检测数据，如表2：表2
检测分析:
不同试样不同位置抗拉强度关系，如图6所示；不同试样不同位置屈服强度关系，如图7所示；不同试样不同位置延伸率关系，如图8所示；不同试样不同位置断面收缩率关系，如图9所示；
拉伸性能检测结论：
570℃回火的1#、2#、3#试样抗拉强度最小值975MPa，最大值1120MPa，
590℃回火的1#、2#、3#试样的抗拉强度最小值940MPa，最大值1110MPa，抗拉强度满足σb≥900MPa要求，
三、冲击功检测
检测数据，如表3，
表3
冲击功检测结论：
1#、2#试样590℃回火在(12.5，12.5)(L/2,12.5)位置满足标准要求，3#试样570℃回火和590℃回火在(12.5，12.5)和(L/2,12.5)位置均满足标准要求。
四、晶粒度检测
晶粒度检测，如表4，
表4
验证总结：
1、，590℃回火的1#，2#，3#试样心部硬度均满足标准260-304HB要求。
570℃回火的1#，2#，3#试样心部硬度多数位置均满足标准280-320HB要求。
2、1#、2#和3#试样570℃抗拉强度均满足σb≥900MPa要求，在(12.5，12.5)位置综合性能合格。3#试样590℃回火在(12.5，12.5)、(L/2，B/2)和(L/3，B/2)位置综合性能都合格。
3、570℃回火和590℃回火在(12.5，12.5)和(L/2,12.5)位置冲击功均满足标准要求。
4、晶粒度均满足要求。
5、通过本次试验结果分析要满足最薄弱位置抗拉强度σb≥900MPa要求，其它力学性能也满足要求。
五、轴承感应淬火后淬硬层组织情况试验
设定的工艺参数为：匝比：12:1，移动速度mm/min：160，频率(Hz)：2809/2828，预热功率(KW)：67.5，加热功率(KW)：40.5，淬火液浓度(％)：10，淬火液温度(℃)：28；
通过自检结果，理化检测检测结果如表5，
表5
通过此次试验可以得出结论，工艺和机床的稳定情况下，硬度能保证在58HRC左右，硬化层和组织能保证技术要求。
本发明的有效效果是：此材料有效解决了5MW以上大壁厚风力发电轴承套圈调质热处理后机械性能不达标问题。；同时此材料还有效解决了大壁厚风力发电轴承感应淬火时，由于壁厚加大，淬硬层深度要求更高，感应淬火时间延长导致晶粒粗大问题。
附图说明
图1为采用热处理工艺加工的仿型锻件图。
图2为回火试样取样位置图。
图3是图2的1-1放大图。
图4为硬度梯度检测位置图。
图5为硬度梯度分布图。
图6为不同试样不同位置抗拉强度关系图。
图7为不同试样不同位置屈服强度关系图。
图8为不同试样不同位置延伸率关系图。
图9为不同试样不同位置断面收缩率关系图。
具体实施方式
用于风电转盘轴承的高合金元素材料，包括的成分如下(按百分比重量计)：
C：0.40-0.48，Si：0.27-0.47，Mn：0.75-1.10，Cr：0.90-1.20，P：≤0.015，S：≤0.015，Mo：0.20-0.40，Ni：0.40-2.0，Al：0.015-0.045，Cu：≤0.20，H(ppm)≤2.0，O*(ppm)≤15，Ca：≤0.001，As：≤0.04，Sn：≤0.03，Sb：≤0.005，Pb：≤0.002，Ti：≤0.0030，V：0.05-0.15，N：0.006-0.012，余量为Fe；
采用上述材料制备的风电转盘轴承的热处理工艺为：
仿形锻件尺寸：Φ1750*Φ1304*267，如图1所示；
a、淬火工序
工艺条件：加热温度为860℃～880℃，加热时间为400min～500min，放入淬火槽中淬火冷却。冷却介质为水基淬火剂，冷却时间以上述工序中材料出冷却介质时工件温度80℃～110℃为准；冷却介质温度控制在20-50℃；
b、回火工序
回火温度550℃～590℃。
回火保温时间为500～600min
C、热处理工序后取样检测：
仿形锻件尺寸：Φ1750*Φ1300*267，按照上述热处理工艺进行热处理淬火后取样检测。
硬度检测：选取260*230的轴承端面，具体如图4；
机械性能检测：取样位置具体如图2、图3。
可选取最佳的回火工艺参数：当力学性能要求高，回火按下限温度，当570℃回火时，抗拉强度满足900MPa以上。当力学性能要求低，回火按上限稳定，当590℃回火时，抗拉强度满足825MPa以上。
本发明的有效效果是：此材料有效解决了5MW以上大壁厚风力发电轴承套圈调质热处理后机械性能不达标问题；同时此材料还有效解决了大壁厚风力发电轴承感应淬火时，由于壁厚加大，淬硬层深度要求更高，感应淬火时间延长导致晶粒粗大问题。

Claims (5)

1.用于风电转盘轴承的高合金元素材料，其特征在于：包括的成分如下（按百分比重量计）：
C：0.40-0.48，Si：0.27-0.47，Mn：0.75-1.10，Cr：0.90-1.20，P：≤0.015，S：≤0.015，Mo：0.20-0.40，Ni：0.40-2.0，Al：0.015-0.045，Cu：≤0.20，H(ppm) ≤2.0，O(ppm) ≤15，Ca：≤0.001，As：≤0.04，Sn：≤0.03，Sb：≤0.005，Pb：≤0.002，Ti：≤0.0030，V：0.05-0.15，N：0.006-0.012，余量为Fe。
2.采用权1的高合金元素材料制备风电转盘轴承的热处理优化工艺：其特征在于：
淬火工序
工艺条件：加热温度为860℃～880℃，加热时间为400min～500min，放入淬火槽中淬火冷却；
回火工序
回火温度550℃～590℃，回火保温时间为500~600min。
3.根据权利要求2所述的风电转盘轴承的热处理优化工艺，其特征在于：淬火加热温度优选为870℃。
4.根据权利要求2所述的风电转盘轴承的热处理优化工艺，其特征在于：所述冷却介质为水基淬火剂，冷却时间以步骤a工序中材料出冷却介质时工件温度80℃～110℃为准。
5.根据权利要求4所述的风电转盘轴承的热处理优化工艺，其特征在于：所述的冷却介质温度控制在20-50℃。
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