CN110923571A - 一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，方法步骤如下：下料→锻造→预备热处理→粗车→调质热处理→取样检测性能→精车。本发明所述的制造方法提高了锻造用低Ni合金钢中Ni的含量，使得锻造得到的环锻件的内部机械性能大大提高，但是提高钢料中Ni的含量后容易使环锻件在淬火时开裂，从而本发明所述的制造方法采用了特定的调质热处理工序，使得环锻件在淬火时不易开裂，从而能制得满足2.5MW风机风电回转齿圈机械性能要求的环锻件。

Description

一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法
技术领域
本发明涉及环锻件制造领域，具体涉及一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法。
背景技术
随着国内风电技术的不断发展，1.5MW级别的风机已经逐渐退出市场，2.5MW级别的风机将成为国内市场的主流机型。2.5MW风机的风电回转齿圈作为风机中的主要零部件，对其承载能力和可靠性提出了更高的要求，主要体现在壁厚中心表面以下12.5mm处的机械性能要求：抗拉强度Rm(Mpa)≥900，屈服强度Re(Mpa)≥720，延伸率A(%)≥15，收缩率Z(%)≥50，Akv/-40℃≥40J。现在需要制造一种尺寸为φ2350～2550mm×φ2050～2250mm×160～190mm的2.5MW风机风电回转齿圈环锻件，对该环锻件进行机加工后就能得到用于2.5MW风机的风电回转齿圈，采用现有的环锻件制造工艺制得的上述尺寸的环锻件无法满足2.5MW风机风电回转齿圈的机械性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，采用该制造方法能制得尺寸为φ2350～2550mm×φ2050～2250mm×160～190mm的2.5MW风机风电回转齿圈环锻件，并且能使该环锻件满足2.5MW风机风电回转齿圈的机械性能要求。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，方法步骤如下：下料→锻造→预备热处理→粗车→调质热处理→取样检测性能→精车，其特征在于：
（1）下料工序中：下料所用钢料的化学成分质量百分比为：C：0.42～0.45% ；Si：0.2～0.30%；Mn ：0.8～0.90%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Cr：1.05～1.2%；Mo：0.20～0.25%；Ni：0.1～0.2%；Cu：≤0.20%；Al：0.015～0.035%；Ti：≤0.005%；Sn：≤0.010%；Pb：≤0.01%；H：≤1.5ppm；O：≤15ppm，N：≤70ppm，余量为Fe；
（2）调质热处理工序中：对环锻件依次进行淬火和回火，淬火：加热时，环锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤180℃/h，接着升温至850±10℃后保温5.3～5.7h，升温速度≤180℃/h，接着出炉淬火；淬火前，将门窗关闭，防止有风直接吹在环锻件表面，环锻件从炉中转运至水池入水时间不得超过1.5min，提前开动水池的循环搅拌系统，水池中的清水温度控制在15～40℃之间，并且水池中各部分清水的温差控制在1.5℃以内，水池中心的流速控制在0.8～1.2m/s之间；淬火采用双介质淬火，双介质分别为清水和空气，具体淬火冷却过程为：首先环锻件沉入清水冷却2.9～3.1分钟，然后吊起环锻件空冷75～85秒，接着将环锻件沉入清水中冷却4分05秒～4分15秒，然后吊起环锻件空冷95～105秒，接着将环锻件沉入清水中冷却5分15秒～5分25秒，然后环锻件吊出水池，淬火结束，整个冷却过程，清水的温度不得超过40℃； 回火：淬火后30min以内装炉进行回火，环锻件装炉温度≤300℃，升温至590±10℃后保温8.8～9.2h，升温速度≤150℃/h，保温结束后环锻件出炉空冷，冷却过程避免风直吹环锻件表面。
进一步的，前述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其中：下料所用钢料中Ni的质量百分比为0.14%。
进一步的，前述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其中：预备热处理工序中：对环锻件进行正火处理，正火步骤为：环锻件装炉温度≤300℃，升温至870±10℃后保温5.3～5.7h，升温速度≤180℃/h，接着出炉空冷，空冷时防止风直吹工件表面而引起工件变形。
进一步的，前述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其中：锻造工序过程为：加热→墩粗→拔长→回炉保温→墩粗→对冲冲孔→回炉保温→辗环。
进一步的，前述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其中：锻造工序中总的锻造比≥8.6。
本发明的优点为：现有的环锻件制造工艺通常采用低Ni合金钢来制造风电回转齿圈环锻件，而本发明所述的制造方法提高了锻造用低Ni合金钢中Ni的含量，使得锻造得到的环锻件的内部机械性能大大提高，但是提高钢料中Ni的含量后容易使环锻件在淬火时开裂，从而本发明所述的制造方法采用了特定的调质热处理工序，使得环锻件在淬火时不易开裂，从而能制得满足2.5MW风机风电回转齿圈机械性能要求的环锻件。
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。
一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，方法步骤如下：下料→锻造→预备热处理→粗车→调质热处理→取样检测性能→精车，
（1） 下料工序中：下料所用钢料的化学成分质量百分比为：C：0.42～0.45% ；Si：0.2～0.30%；Mn ：0.8～0.90%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Cr：1.05～1.2%；Mo：0.20～0.25%；Ni：0.1～0.2%；Cu：≤0.20%；Al：0.015～0.035%；Ti：≤0.005%；Sn：≤0.010%；Pb：≤0.01%；H：≤1.5ppm；O：≤15ppm，N：≤70ppm，余量为Fe；Ni优选0.14%；下料所用钢料采用电炉+炉外精炼+真空脱气的冶炼方法制得；下料尺寸为：φ500mm×1353mm；
（2）锻造工序中：锻造工序过程为：加热→墩粗→拔长→回炉保温→墩粗→对冲冲孔→回炉保温→辗环；一、加热：对下料所得钢坯进行加热，钢坯装炉温度≤400℃，然后升温至850±10℃后保温2.8～3.2h，接着升温至1100±10℃后保温4.8～5.2h，升温速度≤150℃/h，最后升温至1150±10℃后保温5.8～6.2h，升温速度≤100℃/h；二、墩粗：将钢坯高度墩粗至700mm，墩粗比为1.9；三、拔长：将钢坯高度拔长至1050mm，拔长比为1.5；四、回炉保温：将拔长后的钢坯放到加热炉中间位置，避免火枪直吹钢坯，在1150±10℃的温度下，保温60～75min；五、墩粗：将钢坯高度墩粗至410mm，墩粗比为2.5；六、对冲冲孔：将钢坯冲孔至φ1052mm×φ290mm×320mm，为了防止有冲孔连皮附着在冲孔内壁，冲孔采用对冲方式，下冲高度为80～150mm，锻造比为1.2；七、回炉保温：将冲孔后的钢坯放到加热炉中间位置，避免火枪直吹钢坯，在1150±10℃的温度下，保温15～45min；八、辗环：将钢坯辗环至尺寸为φ2460mm×φ2150mm×235mm的环锻件，辗环比为2.1；
（3）预备热处理工序中：对辗环冷却后的环锻件进行正火处理，正火步骤为：环锻件装炉温度≤300℃，升温至870±10℃后保温5.3～5.7h，升温速度≤180℃/h，接着出炉空冷，空冷时防止风直吹工件表面而引起工件变形；
（4）粗车中：将环锻件粗车至φ2453mm×φ2157mm×228mm，所有倒角均为R10，粗车过程尽量不要留黑皮，粗车结束后进行无损探伤，防止环锻件内部有夹皮存在，导致后续调质热处理产生延伸开裂的情况；
（5）调质热处理工序中：对环锻件依次进行淬火和回火，淬火：加热时，环锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤180℃/h，接着升温至850±10℃后保温5.3～5.7h，升温速度≤180℃/h，接着出炉淬火；淬火前，将门窗关闭，防止有风直接吹在环锻件表面，环锻件从炉中转运至水池入水时间不得超过1.5min，提前开动水池的循环搅拌系统，水池中的清水温度控制在15～40℃之间，并且水池中各部分清水的温差控制在1.5℃以内，水池中心的流速控制在0.8～1.2m/s之间；淬火采用双介质淬火，双介质分别为清水和空气，具体淬火冷却过程为：首先环锻件沉入清水冷却2.9～3.1分钟，然后吊起环锻件空冷75～85秒，接着将环锻件沉入清水中冷却4分05秒～4分15秒，然后吊起环锻件空冷95～105秒，接着将环锻件沉入清水中冷却5分15秒～5分25秒，然后环锻件吊出水池，淬火结束，整个冷却过程，清水的温度不得超过40℃； 回火：淬火后30min以内装炉进行回火，环锻件装炉温度≤300℃，升温至590±10℃后保温8.8～9.2h，升温速度≤150℃/h，保温结束后环锻件出炉空冷，冷却过程避免风直吹环锻件表面；
（6）取样检测性能中：在环锻件上端面，壁厚中心表面以下12.5mm处取样，试样为横截面尺寸为25×25mm的矩形环件，试样检测得到的机械性能为：抗拉强度Rm：949Mpa，屈服强度Re：790 Mpa，延伸率A：19%，收缩率Z：66%，Akv/-40℃：111/107/113J，金相组织为回火索氏体组织，没有发现贝氏体和铁素体的存在；
（7）精车中：将环锻件精车至φ2449mm×φ2177mm×173mm，测得取样面的硬度为275～280HB。

Claims (5)

1.一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，方法步骤如下：下料→锻造→预备热处理→粗车→调质热处理→取样检测性能→精车，其特征在于：
（1）下料工序中：下料所用钢料的化学成分质量百分比为：C：0.42～0.45% ；Si：0.2～0.30%；Mn ：0.8～0.90%；P：≤0.015%；S：≤0.010%；Cr：1.05～1.2%；Mo：0.20～0.25%；Ni：0.1～0.2%；Cu：≤0.20%；Al：0.015～0.035%；Ti：≤0.005%；Sn：≤0.010%；Pb：≤0.01%；H：≤1.5ppm；O：≤15ppm，N：≤70ppm，余量为Fe；
（2）调质热处理工序中：对环锻件依次进行淬火和回火，淬火：加热时，环锻件装炉温度≤300℃，升温至650±10℃后保温1.8～2.2h，升温速度≤180℃/h，接着升温至850±10℃后保温5.3～5.7h，升温速度≤180℃/h，接着出炉淬火；淬火前，将门窗关闭，防止有风直接吹在环锻件表面，环锻件从炉中转运至水池入水时间不得超过1.5min，提前开动水池的循环搅拌系统，水池中的清水温度控制在15～40℃之间，并且水池中各部分清水的温差控制在1.5℃以内，水池中心的流速控制在0.8～1.2m/s之间；淬火采用双介质淬火，双介质分别为清水和空气，具体淬火冷却过程为：首先环锻件沉入清水冷却2.9～3.1分钟，然后吊起环锻件空冷75～85秒，接着将环锻件沉入清水中冷却4分05秒～4分15秒，然后吊起环锻件空冷95～105秒，接着将环锻件沉入清水中冷却5分15秒～5分25秒，然后环锻件吊出水池，淬火结束，整个冷却过程，清水的温度不得超过40℃； 回火：淬火后30min以内装炉进行回火，环锻件装炉温度≤300℃，升温至590±10℃后保温8.8～9.2h，升温速度≤150℃/h，保温结束后环锻件出炉空冷，冷却过程避免风直吹环锻件表面。
2.根据权利要求1所述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其特征在于：下料所用钢料中Ni的质量百分比为0.14%。
3.根据权利要求1或2所述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其特征在于：预备热处理工序中：对环锻件进行正火处理，正火步骤为：环锻件装炉温度≤300℃，升温至870±10℃后保温5.3～5.7h，升温速度≤180℃/h，接着出炉空冷，空冷时防止风直吹工件表面而引起工件变形。
4.根据权利要求1或2所述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其特征在于：锻造工序过程为：加热→墩粗→拔长→回炉保温→墩粗→对冲冲孔→回炉保温→辗环。
5.根据权利要求4所述的一种风机风电回转齿圈环锻件的制造方法，其特征在于：锻造工序中总的锻造比≥8.6。
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