CN103691880B - 一种风电铸钢件行星架的铸造方法 - Google Patents

一种风电铸钢件行星架的铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电铸钢件行星架的铸造方法，其步骤为：1）钢的冶炼：用电炉冶炼法进行冶炼，考虑到行星架的使用环境和钢种自身的特点，对产品的冶炼工艺进行了升级，以确保材料性能达到最优，严格控制各种元素含量；其中有害元素磷、硫的控制，是在氧化期进行加入石灰深脱磷并吹入氩气操作，控制最终含磷量达到0.020%以下，含硫量达到0.015%以下，并且避免深脱磷后的钢水过氧化问题；2）铸造过程：浇注温度为1550℃～1560℃，采用大冒口集中补缩，在模具厚大部分采用铬铁矿树脂砂并加设外冷铁，使得凝固均匀；3）行星架热处理：先于890℃正火加热，空冷后650℃回火，然后粗加工，粗加工后超探，确认合格后进行在900℃下进行调质处理。制备的行星架外观、尺寸、各理化性能指标都达到了风电行业标准的要求，晶粒度达到5级以上，全身超声波探测达到2级。

Description

一种风电铸钢件行星架的铸造方法
技术领域
本发明属于金属铸造技术领域，涉及一种风电铸钢件行星架的铸造方法。
背景技术
随着我国能源的持续紧缺及生态环境的日益恶化,风能作为最有开发利用前景和技术较成熟的一种可再生的清洁能源,越来越受到重视。行星架是风电增速箱的主要部件。由于行星架结构复杂,承受力矩最大,质量和尺寸也较大,所以它的变形对行星级的内外啮合齿轮传动的质量和可靠性有很大影响。而且一旦发生事故，修复难度大，费用高。因此要求行星架使用寿命为连续运行175000小时以上（大约20年）。由此可见如何提高和保证行星架的质量成为影响风电发展的重要问题之一。
从技术要求、材质、结构特点分析，生产行星架主要有以下难点：
1、铸件为高强度结构钢，对有害元素磷、硫和钢中气体氮、氢、氧含量十分敏感，冶炼工艺和操作难度很高。
2、在生产过程中极易产生裂纹、气孔、砂眼等致命缺陷。
3、探伤要求严格，产品内部质量很难保证。
4、该材质属于中碳高强度钢，热处理工艺非常关键。
5、尺寸精度、表面质量要求特殊。
发明内容
技术方案
一种风电铸钢件行星架的铸造方法，其步骤为：
1）钢的冶炼：用电炉冶炼方法进行冶炼，考虑到行星架的使用环境和钢种自身的特点，对产品的冶炼工艺进行了改进，以确保材料性能达到最优，严格控制各种元素含量；其中有害元素磷、硫的控制，是在氧化期进行加入石灰深脱磷并吹入氩气操作，控制最终含磷量达到0.020%（wt）以下，含硫量达到0.015%（wt）以下，并且避免深脱磷后的钢水过氧化问题；
2）铸造过程：浇注温度为1550℃～1560℃，采用大冒口集中补缩，在模具厚大部分采用铬铁矿树脂砂并加设外冷铁，使得凝固均匀；
3）行星架热处理：先于890℃正火加热，空冷后650℃回火，然后粗加工，粗加工后超声波探伤，确认合格后在900℃下进行调质处理。
在钢的冶炼氧化时采用的吹氧温度为1520-1540℃，吹氧压力为0.5-0.55MPa。
钢的冶炼时石灰的加入量为装料重量的1.8%-2.0%。
铸钢件的化学成分如表1
表1铸钢件的化学成分要求
C Si Mn P S Ni Mo Cr
0.28-0.32 0.30-0.50 0.65-0.80 ≤0.020 ≤0.015 1.60-1.80 0.30-0.40 1.00-1,20
发明的突出效果
本发明通过以上各环节的精心操作和严格控制，生产的行星架外观、尺寸都达到了风电行业标准的要求，各理化性能超过了表2规定的指标要求。
表2行星架的性能
项目 屈服强度 抗拉强度 低温冲击值（-40℃） 常温冲击值（20℃）
指标要求 ≥630N/mm2 780-930N/mm2 ≥27J ≥40J
按ISO643检查晶粒度达到5级以上，全身超声波探伤达到2级。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明，但并不是对本发明的进一步限定。
实施例1
1.5MW级风电铸钢件行星架的铸造
1）钢的冶炼：将铸造用钢进行冶炼，对其中有害元素磷、硫的控制，是在氧化期进行加入石灰深脱磷并吹入氩气操作，冶炼时石灰的加入量为装料重量的1.8%，氧化时采用的吹氧温度为1520-1540℃，吹氧压力为0.5-0.55MPa；制最终含磷量使含磷量达到0.020%以下，含硫量达到0.015%以下，并且避免深脱磷后的钢水过氧化问题；
2）铸造过程：浇注温度为1550℃～1560℃，单件浇注7000kg，采用大冒口集中补缩，在模具厚大部分采用铬铁矿树脂砂并加设外冷铁，使得凝固均匀；
3）行星架热处理：先于890℃正火加热，空冷后650℃回火，然后粗加工，粗加工后超声波探伤，确认合格后进行在900℃下进行调质处理。
制备的行星架性能见表3
表3行星架的性能
项目 屈服强度 抗拉强度 低温冲击值（-40℃） 常温冲击值（20℃）
指标要求 ≥630N/mm2 780-930N/mm2 ≥27J ≥40J
实际值 648N/mm2 885N/mm2 ≥30J ≥42J
按ISO643检查晶粒度达到5级以上，全身超声波探伤达到2级。
实施例2
3.0MW级风电铸钢件行星架的铸造
1）钢的冶炼：将铸造用钢进行冶炼，对其中有害元素磷、硫的控制，是在氧化期进行加入石灰深脱磷并吹入氩气操作，冶炼时石灰的加入量为装料重量的2.0%，氧化时采用的吹氧温度为1520-1540℃，吹氧压力为0.5-0.55MPa；控制最终含磷量使含磷量达到0.020%以下，含硫量达到0.015%以下，并且避免深脱磷后的钢水过氧化问题；
2）铸造过程：浇注温度为1520℃～1530℃，单件浇注8000kg，采用大冒口集中补缩，在模具厚大部分采用铬铁矿树脂砂并加设外冷铁，使得凝固均匀；
3）行星架热处理：先于890℃正火加热，空冷后650℃回火，然后粗加工，粗加工后超声波探伤，确认合格后进行在900℃下进行调质处理。
制备的行星架性能见表4
表4行星架的性能
项目 屈服强度 抗拉强度 低温冲击值（-40℃） 常温冲击值（20℃）
指标要求 ≥630N/mm2 780-930N/mm2 ≥27J ≥40J
实际值 650N/mm2 875N/mm2 ≥29J ≥41J
按ISO643检查晶粒度达到5级以上，全身超声波探伤达到2级。

Claims (2)

1.一种风电铸钢件行星架的铸造方法，其步骤为：
1）钢的冶炼：用电炉冶炼方法进行冶炼，严格控制各种元素含量；其中有害元素磷、硫的控制，在氧化期进行加入石灰深脱磷并吹入氩气操作，控制最终含磷量达到0.020（wt）%以下，含硫量达到0.015(wt)%以下，并且避免深脱磷后的钢水过氧化问题；
2）铸造过程：浇注温度为1550℃～1560℃，采用大冒口集中补缩，在模具厚大部分采用铬铁矿树脂砂并加设外冷铁，使得凝固均匀；
3）行星架热处理：先于890℃正火加热，空冷后650℃回火，然后粗加工，粗加工后超声波探伤，确认合格后在900℃下进行调质处理;
在钢的冶炼氧化时，吹氧温度为1520-1540℃，吹氧压力为0.5-0.55MPa。
2.根据权利要求1的风电铸钢件行星架的铸造方法，其特征在于所述钢的冶炼时石灰加入量为装料重量的1.8%-2.0%。
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