CN111604641A - 一种风电用回转支承机加工获得c型屑的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：下料，选用的钢料中Mn占总量0.80‑0.90％，V占总量的0.01‑0.03％；加热；制坯；轧制，轧制温度控制在850‑950℃，轧制速度控制在300‑400mm2/s；水冷，采用间断淬火法，首先锻件下水2‑3min，然后吊起锻件空气冷却1‑2min，接着再沉入水中2‑3min，吊起1‑2min，沉入水中1‑2min，吊起0.5‑1min，沉入水中1‑2min，吊起0.5‑1min，沉入水中3min后，吊起锻件，结束水冷；回火，回火温度控制在640‑650℃；性能检测；机加工，车床转速控制在：8‑8.5r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：4‑4.25mm/min，一次下刀量控制在4‑5mm。该制造方法既能满足高标准的机械性能要求，又能使机加工过程产生C型屑。

Description

一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法
技术领域
本发明涉及环类锻件锻造领域，尤其是涉及一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法。
背景技术
风电用回转支承具有特定的使用要求，包括在较强的风能、-40℃环境温度下，承载动力运载负荷工作，这与一般环锻件的材质指标及锻造及热处理工艺有着更高的技术性能要求。现在有一类风电用回转支承，该类半环的外径为φ2000～2300mm、高度为140～150mm、壁厚为120～150mm，机械性能要求为：抗拉强度Rm(Mpa)≥850，屈服强度Re(Mpa)≥750，延伸率A(％)≥15，收缩率Z(％)≥55，冲击功AKV(-40℃)≥40J， HB(表面硬度)：260-300HB；采用现有的制造工艺满足上述机械性能要求时，回转支承在机加工过程中产生连续不断缠绕的铁屑，导致刀头损耗严重和锻件表面极易划伤，降低加工效率和提高加工成本。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，该制造方法既能满足高标准的机械性能要求，又能使机加工过程产生C型屑。
技术方案：本发明的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：
S1下料
选用的钢料中Mn占总量0.80-0.90％，V占总量的0.01-0.03％；
Mn含量的国有标准是0.75-0.90％，本申请Mn含量的下限提高至0.80％，目的在于提高材料的表面强度，但是不能加的太多，加的太多容易导致淬火开裂。V含量的国有标准不做要求，但是行业内常用标准是0.004-0.01％，本申请将V含量提升至0.01-0.03％之间，目的是为了将本质细晶粒钢的晶粒等级从5-6级，提升至7-8级，这样可以防止锻件在加热过程中晶粒粗大，弱化机械性能。
S2：加热；
S3：制坯；
S4：轧制
轧制温度控制在850-950℃，轧制速度控制在300-400mm2/s；
常规的轧制温度在1050-1150℃之间，轧制速度在150-250mm2/s，这样轧制温度高，轧制速度慢，会导致高温形变过程中进入再结晶阶段，甚至进入晶粒长大阶段，这样带来的后果就是水冷和回火以后锻件的机械性能急剧下降，晶粒非常粗大。运用高温形变淬火的关键就是要在高温形变过程中使内部组织处于再结晶的初始阶段或者是回复的第二阶段，即形成多边化结构和锯齿状晶界。对于此型号的产品来说，经过大量的实验证明，轧制温度控制在850-950℃之间，轧制速度控制在300-400mm2/s，恰好形成多边化结构和锯齿状晶界，产品在随后的水冷和回火以后性能最好。
S5：水冷
采用间断淬火法，首先锻件下水2-3min，然后吊起锻件空气冷却1-2min，接着再沉入水中2-3min，吊起1-2min，沉入水中1-2min，吊起0.5-1min，沉入水中1-2min，吊起0.5-1min，沉入水中3min后，吊起锻件，结束水冷；
对于此种材质的锻件，严格意义淬火溶液需要用类似于AQ251C这样的柔性淬火剂，锻件可以直接放入溶液中冷透即可提出，但是AQ251C成本很高，所以还是采用清水比较经济。但是用水冷却速度太快，如果第一次下水时间超过3min，此种材质会从倒角处开裂，一直延伸至锻件内侧，所以采用“间断淬火法”，即“水-空-水”方法。合金成分不同，水和空气的交替时间也不尽相同，此种材质Mn含量在0.8-0.9％之间，所以下水时间绝对不能超过3min，开始两次空气中冷却1-2min是为了让工件内部温度返回工件表面，但是又不能超过2min，否则锻件本身会发生自回火现象，导致第一次下水淬火的效果几乎完全消失，后续下水的时间将低至1-2min，这是因为锻件温度下降，马上通过最容易开裂的区域，即马氏体开始转变点，在此时应该尽量减小热应力和组织应力叠加，在倒角处开裂。后续的空气中只需要0.5-1min，因为此时锻件表面和心部温度差已经不是很大，所以在空气中只需要0.5-1min即可温度均匀。最后一道下水3min，已经度过最危险的开裂区域，目的是为了让锻件出水表面温度在50-80℃之间，方便工人现场在锻件表面打布氏硬度。不同截面积、合金成分、锻件形状的淬火方式都不相同，对于本申请的材质，此种淬火方法在获得高淬透层的同时，可以避免锻件开裂。
S6：回火
回火温度控制在640-650℃；
传统的工序是：轧制→冷却到室温→淬火升温→淬火保温→淬火水冷→回火，对于本申请的材质和型号，回火温度是610-620℃。但是在采用了轧制→水冷→回火工序以后，淬火水冷过程中会产生超高回火抗力，这是因为淬火过程中会析出ε碳化物，在回火过程中转化为θ碳化物，分布在晶界上，对亚结晶起到钉扎作用，不易移动。所以回火温度需要升高，640-650℃的回火温度即可满足本材质、本型号、本机械性能要求，过低和过高的回火温度均不能达到理想效果。
S7：性能检测；
S8：机加工
车床转速控制在：8-8.5r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：4-4.25mm/min，一次下刀量控制在4-5mm；
对于达到此种机械性能的锻件，需要配合好车床转速、每转进给量和一次下刀量，车床转速不得太慢，影响工时不利于经济效率，超过8.5容易损耗刀头，不利于工件表面粗糙度。每转进给量也是，如果太少，容易铁削太薄，容易形成“丝状和带状”铁屑。一次下刀量低于4mm，就会产生缠绕不断的铁屑，超过5mm，虽然工时缩短，同样是工件表面的质量下降和刀头的损害增加。所以，在平衡产品表面质量、降低刀具损耗和形成C型屑的条件下，车床参数的此种配置效果最佳。
上述的制造方法能使所述锻件的机械性能达到如下要求：抗拉强度Rm(Mpa)≥850，屈服强度Re(Mpa)≥750，延伸率A(％)≥15，收缩率Z(％)≥55，冲击功AKV(-40℃) ≥40J，HB(表面硬度):260-300HB，又能使机加工过程产生C型屑。
其中，S1中钢料选用42CrMo钢，其化学成分质量百分比为：C：0.41～0.45％、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：0.10～0.20％、V：0.01～0.03％、N：≤70ppm、O：≤20ppm、H：≤2ppm、余量为Fe；下料尺寸为：φ500×(640～960)mm。
进一步的，S2中，对S1中下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度≤400℃，然后升温至800±20℃后保温2～3h，升温速度≤150℃/h；接着升温至1000± 20℃后保温2～3h，升温速度≤150℃/h；接着升温至1100±20℃后保温1～2h，升温速度≤150℃/h；接着升温至1250±20℃后保温3～4h，升温速度≤150℃/h。
进一步的，S3中对钢坯加热完成后出炉进行制坯，制坯高度在300-320mm，制坯时间在1-1.5min，制坯开始温度在1180-1230℃。
进一步的，S4中轧制时间在3-4min，该时间通过轧制温度和速度灵活控制。
进一步的，S5中下水前锻件温度控制在800-850℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在15-40℃之间，水流速控制在0.8-1.2m/s。
进一步的，S6中锻件出水后至开始回火时间间隔≤30min，回火升温速度≤100℃/h，炉子装炉温度≤300℃，回火保温时间8-10h，回火后工件出炉空气冷却。
进一步的，S8中机加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在15-18mm，且刀头带有断屑槽。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本制造方法首先通过对工序的选择及参数的限定使的加工后的锻件机械性达到如下要求：抗拉强度Rm(Mpa)≥850，屈服强度Re(Mpa)≥750，延伸率A(％)≥15，收缩率Z(％)≥55，冲击功AKV(-40℃)≥40J，HB(表面硬度):260-300HB；其次，又能使机加工过程产生C型屑，保护锻件表面的同时降低了刀头的损耗，增加加工效率、降低加工成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：
S1下料工序中：选用的钢料为42CrMo钢，42CrMo钢的化学成分质量百分比为： C：0.41％；Si：0.25％；Mn：0.80％；P：0.015％；S：0.008％；Cr：1.05％；Mo：0.25％； Ni：0.10％；V：0.01％；N：70ppm，O：20ppm；H：2ppm；余量为Fe；下料尺寸为：φ500×640mm。
S2加热工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度400℃，然后升温至800±20℃后保温2h，升温速度150℃/h，接着升温至1000±20℃后保温2h，升温速度150℃/h；接着升温至1100±20℃后保温1h，升温速度150℃/h；接着升温至 1250±20℃后保温3h，升温速度150℃/h。
S3制坯工序中：加热完成后出炉进行制坯，制坯高度在300mm，制坯时间在1min，制坯开始温度在1180℃。
S4轧制工序中：轧制温度控制在850℃，轧制速度控制在300mm2/s，轧制时间在3min。
S5水冷工序中：下水前工件温度控制在800℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在15℃之间，水流速控制在0.8m/s。水冷采用“间断淬火法”，首先工件下水2min，然后吊起工件空气冷却1min，接着再沉入水中2min，吊起1min，沉入水中1min，吊起 0.5min，沉入水中1min，吊起0.5min，沉入水中3min后，吊起锻件，结束水冷。
S6回火工序中：工件出水后至开始回火时间间隔30min，回火升温速度100℃/h，炉子装炉温度300℃。回火温度控制在640℃之间，保温时间8h，回火后工件出炉空气冷却。
S7性能检测工序中：对锻件上取下来的试样进行性能检测。
S8机加工工序中：车床转速控制在：8r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：4mm/min，一次下刀量控制在4mm，机加工过程中喷淋切削液。车加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在15mm，并且刀头带有断屑槽。
本实施例制造方法在机加工过程产生C型屑，同时成品性能为：抗拉强度Rm(Mpa)：950，屈服强度Re(Mpa)：780，延伸率A(％)：20，收缩率Z(％)：65，冲击功AKV(-40℃)： 65/70/75，HB(表面硬度):285。
满足需求。
实施例2
一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：
S1下料工序中：选用的钢料为42CrMo钢，42CrMo钢的化学成分质量百分比为： C：0.45％；Si：0.35％；Mn：0.90％；P：0.014％；S：0.007％；Cr：1.20％；Mo：0.30％； Ni：0.20％；V：0.03％；N：65ppm，O：18ppm；H：1.8ppm；余量为Fe；下料尺寸为：φ500×960mm。
S2加热工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度380℃，然后升温至800±20℃后保温3h，升温速度140℃/h，接着升温至1000±20℃后保温3h，升温速度140℃/h；接着升温至1100±20℃后保温2h，升温速度140℃/h；接着升温至 1250±20℃后保温4h，升温速度140℃/h。
S3制坯工序中：加热完成后出炉进行制坯，制坯高度在320mm，制坯时间在1.5min，制坯开始温度在1230℃。
S4轧制工序中：轧制温度控制在950℃，轧制速度控制在400mm2/s，轧制时间在4min。
S5水冷工序中：下水前工件温度控制在850℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在40℃之间，水流速控制在1.2m/s。水冷采用“间断淬火法”，首先工件下水3min，然后吊起工件空气冷却2min，接着再沉入水中3min，吊起2min，沉入水中2min，吊起 1min，沉入水中2min，吊起1min，沉入水中3min后，吊起锻件，结束水冷。
S6回火工序中：工件出水后至开始回火时间间隔25min，回火升温速度90℃/h，炉子装炉温度280℃。回火温度控制在650℃之间，保温时间10h，回火后工件出炉空气冷却。
S7性能检测工序中：对锻件上取下来的试样进行性能检测。
S8机加工工序中：车床转速控制在：8.5r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：4.25mm/min，一次下刀量控制在5mm，机加工过程中喷淋切削液。车加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在18mm，并且刀头带有断屑槽。
本实施例制造方法在机加工过程产生C型屑，同时成品性能为：抗拉强度Rm(Mpa)：1010，屈服强度Re(Mpa)：850，延伸率A(％)：21，收缩率Z(％)：63，冲击功AKV(-40℃)： 65/73/74，HB(表面硬度):306。
满足需求。
实施例3
一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：
S1下料工序中：选用的钢料为42CrMo钢，42CrMo钢的化学成分质量百分比为： C：0.43％；Si：0.30％；Mn：0.85％；P：0.013％；S：0.007％；Cr：1.10％；Mo： 0.28％；Ni：0.15％；V：0.02％；N：60ppm，O：16ppm；H：1.6ppm；余量为Fe；下料尺寸为：φ500×800mm。
S2加热工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度360℃，然后升温至800±20℃后保温1.5h，升温速度130℃/h，接着升温至1000±20℃后保温2.5h，升温速度130℃/h；接着升温至1100±20℃后保温1.5h，升温速度130℃/h；接着升温至1250±20℃后保温3.5h，升温速度130℃/h。
S3制坯工序中：加热完成后出炉进行制坯，制坯高度在310mm，制坯时间在1.2min，制坯开始温度在1200℃。
S4轧制工序中：轧制温度控制在900℃，轧制速度控制在350mm2/s，轧制时间在3.5min。
S5水冷工序中：下水前工件温度控制在830℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在30℃之间，水流速控制在1m/s。水冷采用“间断淬火法”，首先工件下水2.5min，然后吊起工件空气冷却1.5min，接着再沉入水中2.5min，吊起1.5min，沉入水中1.5min，吊起0.8min，沉入水中1.5min，吊起0.8min，沉入水中3min后，吊起锻件，结束水冷。
S6回火工序中：工件出水后至开始回火时间间隔20min，回火升温速度80℃/h，炉子装炉温度260℃。回火温度控制在645℃之间，保温时间9h，回火后工件出炉空气冷却。
S7性能检测工序中：对锻件上取下来的试样进行性能检测。
S8机加工工序中：车床转速控制在：8.2r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：4.1mm/min，一次下刀量控制在4.5mm，机加工过程中喷淋切削液。车加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在16mm，并且刀头带有断屑槽。
本实施例制造方法在机加工过程产生C型屑，同时对成品性能为：抗拉强度 Rm(Mpa)：1000，屈服强度Re(Mpa)：800，延伸率A(％)：23，收缩率Z(％)：67，冲击功AKV(-40℃)：75/77/68，HB(表面硬度):303。
满足需求。
对比例1
一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：
S1下料工序中：选用的钢料为42CrMo钢，42CrMo钢的化学成分质量百分比为： C：0.41％；Si：0.25％；Mn：0.75％；P：0.015％；S：0.008％；Cr：1.05％；Mo：0.25％； Ni：0.10％；V：0.004％；N：70ppm，O：20ppm；H：2ppm；余量为Fe；下料尺寸为：φ500×640mm。
S2加热工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度400℃，然后升温至800±20℃后保温2h，升温速度150℃/h，接着升温至1000±20℃后保温2h，升温速度150℃/h；接着升温至1100±20℃后保温1h，升温速度150℃/h；接着升温至 1250±20℃后保温3h，升温速度150℃/h。
S3制坯工序中：加热完成后出炉进行制坯，制坯高度在300mm，制坯时间在1min，制坯开始温度在1180℃。
S4轧制工序中：轧制温度控制在800℃，轧制速度控制在200mm2/s，轧制时间在3min。
S5水冷工序中：下水前工件温度控制在800℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在15℃之间，水流速控制在0.8m/s。水冷采用“间断淬火法”，首先工件下水5min，然后吊起工件空气冷却3min，接着再沉入水中5min，吊起3min，沉入水中5min，吊起 3min，沉入水中3min，吊起2min，沉入水中3min，吊起锻件，结束水冷。
S6回火工序中：工件出水后至开始回火时间间隔30min，回火升温速度100℃/h，炉子装炉温度300℃。回火温度控制在610℃之间，保温时间8h，回火后工件出炉空气冷却。
S7机加工工序中：车床转速控制在：7r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：3mm/min，一次下刀量控制在3mm，机加工过程中喷淋切削液。车加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在15mm，并且刀头带有断屑槽。
本对比例制造方法在机加工过程产生缠绕不断的铁屑，同时对成品性能为：抗拉强度Rm(Mpa)：940，屈服强度Re(Mpa)：790，延伸率A(％)：10，收缩率Z(％)：45，冲击功AKV(-40℃)：15/20/9，HB(表面硬度):284。
不满足需求，主要体现在冲击值远达不到要求。(一般性能不合格主要体现在伸长、收缩、冲击，特别是冲击值)
成品在加工过程中出现的其他不良特征：车床转速太慢，不经济，一次下刀量太小，容易产生缠绕不断的铁屑，缠绕刀头，损害工件表面。
对比例2
一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，包括以下工序：
S1下料工序中：选用的钢料为42CrMo钢，42CrMo钢的化学成分质量百分比为： C：0.41％；Si：0.25％；Mn：0.75％；P：0.015％；S：0.008％；Cr：1.05％；Mo：0.25％； Ni：0.10％；V：0.008％；N：70ppm，O：20ppm；H：2ppm；余量为Fe；下料尺寸为：φ500×640mm。
S2加热工序中：首先对下料所得钢坯进行加热，加热步骤为：钢坯装炉温度400℃，然后升温至800±20℃后保温2h，升温速度150℃/h，接着升温至1000±20℃后保温2h，升温速度150℃/h；接着升温至1100±20℃后保温1h，升温速度150℃/h；接着升温至 1250±20℃后保温3h，升温速度150℃/h。
S3制坯工序中：加热完成后出炉进行制坯，制坯高度在300mm，制坯时间在1min，制坯开始温度在1180℃。
S4轧制工序中：轧制温度控制在1100℃，轧制速度控制在250mm2/s，轧制时间在3min。
S5水冷工序中：下水前工件温度控制在800℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在15℃之间，水流速控制在0.8m/s。水冷采用“间断淬火法”，首先工件下水1.5min，然后吊起工件空气冷却0.5min，接着再沉入水中1.5min，吊起0.5min，沉入水中0.5min，吊起0.5min，沉入水中0.5min，吊起0.5min，沉入水中2min，吊起锻件，结束水冷。
S6回火工序中：工件出水后至开始回火时间间隔30min，回火升温速度100℃/h，炉子装炉温度300℃。回火温度控制在620℃之间，保温时间8h，回火后工件出炉空气冷却。
S7机加工工序中：车床转速控制在：10r/min，每转进给量：0.8mm/r，每分钟切削深度：5mm/min，一次下刀量控制在6mm，机加工过程中喷淋切削液。车加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在15mm，并且刀头带有断屑槽。
本对比例制造方法在机加工过程产生缠绕不断的铁屑，同时对成品性能为：抗拉强度Rm(Mpa)：930，屈服强度Re(Mpa)：76，延伸率A(％)：13，收缩率Z(％)：43，冲击功AKV(-40℃)：12/22/15，HB(表面硬度):281。
不满足需求，尤其是冲击值。
成品在加工过程中出现的其他不良特征：车床转速太快，每转进给量和一次下刀量太大，虽然可以断屑，但是刀头损害及其严重，并且无法保证工件表面的粗糙度。

Claims (8)

1.一种风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
S1下料
选用的钢料中Mn占总量0.80-0.90％，V占总量的0.01-0.03％；
S2：加热；
S3：制坯；
S4：轧制
轧制温度控制在850-950℃，轧制速度控制在300-400mm2/s；
S5：水冷
采用间断淬火法，首先锻件下水2-3min，然后吊起锻件空气冷却1-2min，接着再沉入水中2-3min，吊起1-2min，沉入水中1-2min，吊起0.5-1min，沉入水中1-2min，吊起0.5-1min，沉入水中3min后，吊起锻件，结束水冷；
S6：回火
回火温度控制在640-650℃；
S7：性能检测；
S8：机加工
车床转速控制在：8-8.5r/min，每转进给量：0.5mm/r，每分钟切削深度：4-4.25mm/min，一次下刀量控制在4-5mm。
2.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于：S1中钢料选用42CrMo钢，其化学成分质量百分比为：C：0.41～0.45％、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：0.10～0.20％、V：0.01～0.03％、N：≤70ppm、O：≤20ppm、H：≤2ppm、余量为Fe；下料尺寸为：φ500×(640～960)mm。
3.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于，S2中加热步骤为：钢坯装炉温度≤400℃，然后升温至800±20℃后保温2～3h，升温速度≤150℃/h；接着升温至1000±20℃后保温2～3h，升温速度≤150℃/h；接着升温至1100±20℃后保温1～2h，升温速度≤150℃/h；接着升温至1250±20℃后保温3～4h，升温速度≤150℃/h。
4.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于：S3中制坯高度在300-320mm，制坯时间在1-1.5min，制坯开始温度在1180-1230℃。
5.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于：S4中轧制时间在3-4min。
6.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于：S5中下水前锻件温度控制在800-850℃，水池中搅拌系统全开，水温度控制在15-40℃之间，水流速控制在0.8-1.2m/s。
7.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于：S6中锻件出水后至开始回火时间间隔≤30min，回火升温速度≤100℃/h，炉子装炉温度≤300℃，回火保温时间8-10h，回火后工件出炉空气冷却。
8.根据权利要求1所述的风电用回转支承机加工获得C型屑的制造方法，其特征在于：S8中机加工刀头选用菱形刀头，菱形边长控制在15-18mm，且刀头带有断屑槽。
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