CN111979388A - 槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，对65Mn弹簧板进行球化退火预处理后进行冷轧处理，并按照设计要求采用激光切割技术对65Mn弹簧板进行下料；在保护气氛下对切割后的65Mn弹簧板进行油淬处理；随后依次进行整平回火处理、二次回火处理、消除应力热处理；随后对65Mn弹簧板进行电镀处理，并在电镀过程中同时进行去氢处理，最后得到成品。本发明采取了一系列工艺方法，基本避免了氢脆的风险，使产品性能达到和超过产品的表面要求和机械性能要求。

Description

槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法
技术领域
本发明涉及槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，属于太阳能集热器技术领域。
背景技术
太阳热能发电是新能源行业，槽式聚光器支架是由多个钢结构部件和其它零件组成，弹簧板(HCE/S)是用来连接集热管支撑底座(HCE/FA、HCE/FB)与集热管支撑中架(HCE/PA)的重要部件，使集热管支撑可以灵活的摆动，从而起到抵消集热管热膨胀引起的形变。
弹簧板材料为弹簧钢65Mn，但是热处理后平面度要求高，特别是为了防腐达到25年寿命，需要采用电镀锌工艺，氢脆难以避免，从而引起机械性能，特别是塑性严重下降，在装配中就会发生断裂现象。
弹簧板尺寸为270×185×2，其结构见图1，主要技术要求如下：平面度≤0.5mm；屈服强度≥1275MPa(N/mm2)；极限强度≥1400MPa(N/mm2)；极限应变≥5％。从理论上，当钢材料强度≥1000MPa时就要避免采用电镀锌工艺以避免氢脆。在国内外，对于氢脆的机理还有许多争论，对于清脆的检验和试验方法，也无可行的方法，对65Mn弹簧板要达到要求的机械性能并采取电镀锌可以避免和降低氢脆风险的制造工艺也无任何报道。
发明内容
为解决为65Mn平面度和电镀引起的氢脆问题，以到达或超过产品设计要求，本发明提供槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，不仅可采取电镀锌，提高弹簧板的防腐性能，延长其使用寿命，而且能使65Mn弹簧板达到要求的机械性能，避免和降低氢脆风险。
本发明中主要采用的技术方案为：
槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，具体步骤如下：
S1：对65Mn弹簧板进行球化退火预处理，使其降低钢的硬度同时增加钢的塑性；
S2：对处于球化退火状态的65Mn弹簧板进行冷轧处理后，按照设计要求采用激光切割技术对65Mn弹簧板进行下料；
S3：在保护气氛下对切割后的65Mn弹簧板进行油淬处理；
S4：对油淬处理后的65Mn弹簧板进行整平回火处理；
S5：对整平回火处理后的65Mn弹簧板打散进行二次回火处理；
S6：对65Mn弹簧板进行消除应力热处理；
S7：对65Mn弹簧板进行电镀处理，并在电镀过程中同时进行去氢处理，最后得到成品。
优选地，所述步骤S3中，具体的淬火步骤如下：
S3-1：将若干片65Mn弹簧板通过两端螺母分别夹紧固定在上挂杆和下挂杆上，每两片65Mn弹簧板之间以及65Mn弹簧板与螺母之间均设有一间隙垫片，所述上挂杆和下挂杆呈对角设置；
S3-2：将工装固定好的65Mn弹簧板组件放入保护气氛淬火炉中进行加热；
S3-3：当加热到规定的淬火温度830±10℃时，保温90min后，采用油冷方式进行冷却。
优选地，所述S3-1中，所述65Mn弹簧板两两之间间隔3～5mm。
优选地，所述步骤S4中，具体的整平回火步骤如下：
S4-1：将若干片65Mn弹簧片通过若干螺纹杆夹紧固定在两块压板之间，所述螺纹杆依次穿过两块压板，且螺纹杆一端与螺母螺纹连接，另一端与螺栓螺纹连接，且螺母与压板之间，螺栓与压板之间均设有平垫片，所述平垫片与螺栓之间设有弹簧垫片；
S4-2：将工装固定好的的65Mn弹簧板放在回火炉中进行加热；
S4-3：当65Mn弹簧板达到规定的温度410±10℃后，保温120min后，立即将65Mn弹簧板放在油压机上进行加压保压处理，并采用空气冷却方式进行冷却处理。
优选地，所述步骤S4-1中，所述65Mn弹簧板每50片进行工装固定，所述螺纹杆有四根，均匀分布在压板的四角。
优选地，所述步骤S5中，将整平回火处理后的65Mn弹簧板打散后放在回火炉中进行加热，当65Mn弹簧板达到规定的温度420±10℃后，保温120min后，采用水冷方式进行冷却处理。
优选地，所述步骤S6中，将二次回火处理后的65Mn弹簧板放入回火炉中进行加热，当65Mn弹簧板达到规定的温度350±10℃后，保温180min后，随炉冷却至常温，以消除应力。
优选地，所述步骤S7中，具体的电镀处理方式如下：
S7-1：对65Mn弹簧板的表面进行喷丸处理，随后采用5％盐酸对65Mn弹簧板酸洗1min，从而使其表面进行活化；
S7-2：将活化后的65Mn弹簧板放入碱性电镀液中进行镀锌处理，其中，电镀锌溶液的pH值为9～12，温度40-65℃，处理时间40～50分钟，电流密度为2A/dm2；
S7-3：将经镀锌处理后的65Mn弹簧板进行清洗，洗去残留电镀液后，进行干燥处理；
S7-4：在镀锌处理后0-120min内，将65Mn弹簧板加热至190～220℃，并保温180min后，采用空气冷却的方式对65Mn弹簧板进行冷却处理；
S7-5：将冷却后的65Mn弹簧板放入酸性钝化液后进行钝化处理1-2min；
S7-6：对钝化处理后的65Mn弹簧板进行清洗，洗去残留的钝化液后，经干燥即得到成品。
有益效果：本发明提供本发明提供槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，采取了一系列工艺方法，基本避免了氢脆的风险，使产品性能达到和超过产品的表面要求和机械性能要求，具有如下优点：
1)采用整平回火工艺，保证了零件的平面度。
2)采用消除应力热处理，显著降低了电镀过程中氢原子(氢离子)向微观缺陷中的扩散。
3)采用喷丸+短时间盐酸活化表面处理，显著降低了电镀过程中氢原子(氢离子)向金属内部的扩散。
4)采用了电镀后较短时间的去氢处理，满足了最终产品的机械性能要求，显著降低氢脆风险。
附图说明
图1为65Mn弹簧板的结构；
图2为本发明的淬火工装示意图；
图3为本发明的淬火工装侧视图；
图4为本发明的整平回火工装示意图；
图5为本发明的整平回火工装侧视图。
图中：1-65Mn弹簧板、2-间隙垫片、3-螺母、4-上挂杆、5-下挂杆、6-螺纹杆、7-压板、8-螺栓、9-弹簧垫片、10-平垫片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，具体步骤如下：
S1：对65Mn弹簧板进行球化退火预处理，使其降低钢的硬度同时增加钢的塑性；
S2：对处于球化退火状态的65Mn弹簧板进行冷轧处理后，按照设计要求采用激光切割技术对65Mn弹簧板进行下料，使其满足弹簧板的外形尺寸要求和公差要求±0.1；
S3：在保护气氛下对切割后的65Mn弹簧板进行油淬处理，一方面要保证回火前的机械性能，另一方面要减少变形量，为下一步整平回火做准备；
S4：对油淬处理后的65Mn弹簧板进行整平回火处理；
S5：对整平回火处理后的65Mn弹簧板进行二次回火处理；
S6：对65Mn弹簧板进行消除应力热处理，消除应力热处理是降低氢脆风险的重要因素之一，主要是消除整形残余应力和相变应力；
S7：对65Mn弹簧板进行电镀处理，并在电镀过程中同时进行去氢处理，最后得到成品。
优选地，所述步骤S3中，具体的淬火步骤如下：
S3-1：如图2-3所示，为了减少淬火变形量，将若干片65Mn弹簧板1通过两端螺母3分别夹紧固定在上挂杆4和下挂杆5上，每两片65Mn弹簧板之间以及65Mn弹簧板1与螺母3之间均设有一间隙垫片2，所述上挂杆4和下挂杆5呈对角设置；
S3-2：将工装固定好的65Mn弹簧板组件放入保护气氛淬火炉中进行加热；
S3-3：当加热到规定的淬火温度830±10℃时，保温90min后，采用油冷方式进行冷却。
优选地，所述S3-1中，所述65Mn弹簧板两两之间间隔3～5mm。
优选地，所述步骤S4中，具体的整平回火步骤如下：
S4-1：如图4-5所示，将若干片65Mn弹簧片1通过若干螺纹杆6夹紧固定在两块压板之间，所述螺纹杆6依次穿过两块压板7，且螺纹杆6一端与螺母3螺纹连接，另一端与螺栓8螺纹连接，且螺母3与压板7之间，螺栓8与压板7之间均设有平垫片10，所述平垫片10与螺栓8之间设有弹簧垫片9；
S4-2：将工装固定好的的65Mn弹簧板放在回火炉中进行加热；
S4-3：当65Mn弹簧板达到规定的温度410±10℃后，保温120min后，立即将65Mn弹簧板放在油压机上进行加压保压处理，并采用空气冷却方式进行冷却处理。
优选地，所述步骤S4-1中，所述65Mn弹簧板每50片进行工装固定，所述螺纹杆有四根，均匀分布在压板的四角。
优选地，所述步骤S5中，为了避免65Mn弹簧板的二类回火脆性和进一步提高回火后的微观组织均匀性和机械性能进行二次回火，将整平回火处理后的65Mn弹簧板打散后放在回火炉中进行加热，当65Mn弹簧板达到规定的温度420±10℃后，保温120min后，采用水冷方式进行冷却处理。
优选地，所述步骤S5中，将整平回火处理后的65Mn弹簧板打散后放在回火炉中进行加热，当65Mn弹簧板达到规定的温度420±10℃后，保温120min后，采用水冷方式进行冷却处理。
优选地，所述步骤S7中，具体的电镀处理方式如下：
S7-1：对65Mn弹簧板的表面进行喷丸处理，随后采用5％盐酸对65Mn弹簧板酸洗1min，从而使其表面进行活化；
S7-2：将活化后的65Mn弹簧板放入碱性电镀液中进行镀锌处理，其中，电镀锌溶液的pH值为9～12，温度40-65℃，处理时间40～50分钟，电流密度为2A/dm2；
S7-3：将经镀锌处理后的65Mn弹簧板进行清洗，洗去残留电镀液后，进行干燥处理；
S7-4：在镀锌处理后0-120min内，将65Mn弹簧板加热至190～220℃，并保温180min后，采用空气冷却的方式对65Mn弹簧板进行冷却处理；
S7-5：将冷却后的65Mn弹簧板放入酸性钝化液后进行钝化处理1-2min；
S7-6：对钝化处理后的65Mn弹簧板进行清洗，洗去残留的钝化液后，经干燥即得到成品。
本发明中，原材料65Mn弹簧板必须为球化退火状态冷轧钢板，以满足微观组织均匀性和表面状态要求。
本发明中，淬火、整平回火、加压、二次回火、消除应力热处理规范参数和机械性能要求见表一。
表一 热处理规范参数与性能要求
Figure BDA0002604954850000061
本发明中，电镀锌工艺是影响氢脆的主要因素，主要包括表面处理工艺和电镀工艺。为了减少氢原子的扩散，表面处理先进行喷丸，然后进行短时间酸洗，以对工件表面进行活化，否则影响电镀质量。酸洗以后进行电镀处理，为了降低氢脆倾向，根据试验结果酸洗必须选用盐酸，电镀液为碱性电镀液。且为了消除电镀过程中的扩散氢，电镀后钝化前，必须进行去氢处理。表面预处理工艺、电镀工艺和去氢处理工艺的规范参数分别见表二、表三和表四。
表二 预处理工艺的规范参数
预处理工艺 酸洗溶液 酸洗时间(分钟)
喷丸+弱酸洗 5％盐酸水溶液 1
表三 电镀工艺的规范参数
Figure BDA0002604954850000062
表四 去氢热处理参数
Figure BDA0002604954850000063
本发明提供了槽式太阳能集热器弹簧板制造工艺，在采用电镀的情况下，氢含量达到或接近母材氢含量，降低氢脆风险，达到产品的机械性能要求，特别是延伸率有显著提高，产品不合格率达到0.5％以上。表五为不同工艺方法的氢含量和机械性能对比结果。
表五 不同工艺的氢含量与机械性能对比结果
Figure BDA0002604954850000071
本发明中，整平回火处理中的加压保压处理可根据实际需求进行选择适宜的压强。本发明中，碱性电镀液、酸性钝化液可根据实际需求进行选择，属于常规技术手段，故而未加详述。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1：对65Mn弹簧板进行球化退火预处理，使其降低钢的硬度同时增加钢的塑性；
S2：对处于球化退火状态的65Mn弹簧板进行冷轧处理后，按照设计要求采用激光切割技术对65Mn弹簧板进行下料；
S3：在保护气氛下对切割后的65Mn弹簧板进行油淬处理；
S4：对油淬处理后的65Mn弹簧板进行整平回火处理；
S5：对整平回火处理后的65Mn弹簧板打散进行二次回火处理；
S6：对65Mn弹簧板进行消除应力热处理；
S7：对65Mn弹簧板进行电镀处理，并在电镀过程中同时进行去氢处理，最后得到成品。
2.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体的淬火步骤如下：
S3-1：将若干片65Mn弹簧板通过两端螺母分别夹紧固定在上挂杆和下挂杆上，每两片65Mn弹簧板之间以及65Mn弹簧板与螺母之间均设有一间隙垫片，所述上挂杆和下挂杆呈对角设置；
S3-2：将工装固定好的65Mn弹簧板组件放入保护气氛淬火炉中进行加热；
S3-3：当加热到规定的淬火温度830±10℃时，保温90min后，采用油冷方式进行冷却。
3.根据权利要求2所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述S3-1中，所述65Mn弹簧板两两之间间隔3~5mm。
4.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，具体的整平回火步骤如下：
S4-1：将若干片65Mn弹簧片通过若干螺纹杆夹紧固定在两块压板之间，所述螺纹杆依次穿过两块压板，且螺纹杆一端与螺母螺纹连接，另一端与螺栓螺纹连接，且螺母与压板之间，螺栓与压板之间均设有平垫片，所述平垫片与螺栓之间设有弹簧垫片；
S4-2：将工装固定好的的65Mn弹簧板放在回火炉中进行加热；
S4-3：当65Mn弹簧板达到规定的温度410±10℃后，保温120min后，立即将65Mn弹簧板放在油压机上进行加压保压处理，并采用空气冷却方式进行冷却处理。
5.根据权利要求3所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述步骤S4-1中，所述65Mn弹簧板每50片进行工装固定，所述螺纹杆有四根，均匀分布在压板的四角。
6.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述步骤S5中，经整平回火处理后，将工装固定的65Mn弹簧板打散后放在回火炉中进行加热，当65Mn弹簧板达到规定的温度420±10℃后，保温120min后，采用水冷方式进行冷却处理。
7.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述步骤S6中，将二次回火处理后的65Mn弹簧板放入回火炉中进行加热，当65Mn弹簧板达到规定的温度350±10℃后，保温180min后，随炉冷却至常温，以消除应力。
8.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器65Mn弹簧板制造方法，其特征在于，所述步骤S7中，具体的电镀处理方式如下：
S7-1：对65Mn弹簧板的表面进行喷丸处理，随后采用5%盐酸对65Mn弹簧板酸洗1min，从而使其表面进行活化；
S7-2：将活化后的65Mn弹簧板放入碱性电镀液中进行镀锌处理，其中，电镀锌溶液的pH值为9～12，温度40-65℃，处理时间40～50分钟，电流密度为2A/dm2；
S7-3：将经镀锌处理后的65Mn弹簧板进行清洗，洗去残留电镀液后，进行干燥处理；
S7-4：在镀锌处理后0-120min内，将65Mn弹簧板加热至190~220℃，并保温180min后，采用空气冷却的方式对65Mn弹簧板进行冷却处理；
S7-5：将冷却后的65Mn弹簧板放入酸性钝化液后进行钝化处理1-2min；
S7-6：对钝化处理后的65Mn弹簧板进行清洗，洗去残留的钝化液后，经干燥即得到成品。
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