CN106702099A - 风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺 - Google Patents

风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种不小于Φ450mm风电主轴用调质钢42CrMo4制造工艺，解决大圆调质钢高强度、高韧性，稳定力学性能的技术问题；本发明采用如下技术方案：1.工艺路线：电炉+LF+VD→模铸→锻造(3500t快锻机)→正火处理→调质；2.通过优化内控成分保证钢材力学性能稳定，熔炼成分添加钒、铌、镍等强化元素，提高钢材的强度；通过调质前的预处理，对钢材进行正火来均匀组织，细化晶粒，调质后获得良好的冲击韧性；通过对回火出炉钢材风冷来避免回火脆性。本发明的有益处在于：解决了大圆调质钢力学性能稳定合格，抗拉强度(Rm)为760MPa～910MPa,屈服强度(Re)不小于535MPa，断面收缩率(A)不小于15％，冲击吸收功(AkV)不小于38J；改善冲击韧性问题。

Description

风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺
技术领域
本发明属于金属材料制造领域，涉及风电增速箱外主轴用钢制造工艺，主要用于大规格(≥Φ450mm)42CrMo4调质钢的生产。
背景技术
风电主轴是连接齿轮箱和风机叶片转轮的空心轴，需要具有良好的综合性能，因此风电主轴用钢应具有高强度和良好的冲击韧性；随着风电行业迅速发展，对风电增速箱外主轴用钢提出了更高的要求，尤其是机械性能中的强度要求。目前，风电增速箱外主轴用42CrMo4调质钢规格不小于Φ450mm，强度、韧性要求高，力学性能指标较严，要求距表面1/3半径位置机械性能：抗拉强度(Rm)为760MPa～910MPa,屈服强度(Re)不小于535MPa，断面收缩率(A)不小于15％，冲击吸收功(AkV)不小于38J,现有生产技术工艺难以满足大规格42CrMo4调质钢的技术要求，并且未见国内、外文献有相关研究的报道。
发明内容
本发明公开一种风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺，通过优化内控成分保证钢材力学性能稳定；通过调质前的预处理，对钢材进行正火来均匀组织，细化晶粒，调质后获得良好的冲击韧性；通过对回火出炉钢材风冷来避免回火脆性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
1.工艺路线：电炉+LF+VD→模铸→锻造(3500t快锻机)→正火处理→调质。
2.具体工艺制度：
⑴炼钢工艺
①化学成分
42CrMo4钢化学成分内控标准见表1；
表1
②采用电炉+LF+VD炼钢，保证钢锭内部纯净度及成分均匀。
⑵锻造工艺
1200℃～1220℃保温5h～8h方可出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1180℃～1200℃保温3h～5h，出炉拔长，终锻温度850℃～900℃，成品材锻后去氢退火。
⑶正火工艺
以不大于100℃/h速度升温至880℃±10℃，保温10h～12h，之后出炉空冷至400℃以下。
⑷调质工艺
以不大于80℃/h速度升温至860℃±10℃，保温8h～12h，钢材出炉淬火，钢材出炉到淬水时间间隔不大于4min；淬水过程要多步进行，规定如下：第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后1h～2h内装电炉回火，炉温300℃±50℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至625℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
3.理化性能
⑴非金属夹杂物按ISO4967 A法检验，合格级别应符合表2规定；
表2
⑵晶粒度按ISO643进行奥氏体晶粒度检验，检验结果为不小于5级。
⑶力学性能应符合表3规定。
表3
规格 Re(MPa) Rm(MPa) A(％) AkV(J) HBW
390～500 ≥535 760～910 ≥15 ≥38 225～270
本发明的创新点在于：
⑴熔炼成分添加钒、铌及镍等强化元素，提高钢材的强度；
⑵调质前对大规格钢材进行正火，均匀组织，细化晶粒，以便获得好
的冲击韧性；
⑶钢材回火出炉后全部吊下风冷，冷却至150℃以下，避免回火脆性。
本发明的有益处在于：通过控制化学成分和调质前预处理技术保证力学性能稳定合格；调质前对大规格钢材实施正火，均匀组织，细化了晶粒，对调质后钢材的冲击韧性有一定的改善；钢材回火出炉后风冷，避免钢材回火脆性，解决了大圆调质钢的冲击韧性问题。
附图说明
图1为钢材正火工艺曲线；
图2为钢材淬火工艺曲线；
图3为钢材回火工艺曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做详细说明。
实施例1、实施例2、实施例3采用同一工艺流程：
电炉+LF+VD→模铸→锻造(3500t快锻机)→正火处理→调质；
实施例1
炉号：16203011728，圆钢成品规格Φ500mm
1.生产工艺
⑴炼钢工艺
①成品化学成分见表4。
表4
⑵锻造工艺
1210℃保温7h出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1180℃保温4h，出炉拔长，终锻温度870℃，成品材锻后去氢退火。
⑶正火工艺
如图1所示，以不大于100℃/h速度升温至880℃保温11h，之后钢材出炉空冷至400℃以下。
⑷调质工艺
如图2所示，以不大于80℃/h速度升温至865℃，保温10h，钢材出淬火炉到淬水时间间隔4min；淬水水空交替进行，第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后1.5h内装电炉回火，如图3所示，炉温300℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至618℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
2.生产检验结果
⑴非金属夹杂物检验见表5。
表5
⑵晶粒度按ISO643进行奥氏体晶粒度检验，检验结果7级～6级。
⑶力学性能检验见表6。
表6
规格 Re(MPa) Rm(MPa) A(％) AkV(J) HBW
φ500 679/670 858/857 19/19 68/78.3/56 258/256
实施例2
炉号：16203021229，圆钢成品规格Φ500mm。
1.生产工艺
⑴炼钢工艺
成品化学成分见表7。
表7
⑵锻造工艺
1220℃保温5h出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1190℃保温4h，出炉拔长，终锻温度860℃，成品材锻后去氢退火。
⑶正火工艺
如图1所示，以不大于100℃/h速度升温至885℃保温11h，之后钢材出炉空冷至400℃以下。
⑷调质工艺
如图2所示，以不大于80℃/h速度升温至858℃，保温8h，钢材出淬火炉到淬水时间间隔4min；淬水水空交替进行，第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后2h装电炉回火，如图3所示，炉温320℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至625℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
2.生产检验结果
⑴非金属夹杂物检验见表8。
表8
⑵晶粒度按ISO643进行奥氏体晶粒度检验，检验结果7级～6级。
⑶力学性能检验见表9。
表9
规格 Re(MPa) Rm(MPa) A(％) AkV(J) HBW
φ500 667/663 853/856 16/16.5 59.2/60.7/60 257/259
实施例3
炉号：16203011366，圆钢成品规格Φ500mm。
1.生产工艺
⑴炼钢工艺
成品成分见表10。
表10
⑵锻造工艺
1200℃保温8h出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1180℃保温5h，出炉拔长，终锻温度880℃，成品材锻后去氢退火。
⑶正火工艺
如图1所示，以不大于100℃/h速度升温至878℃保温10h，之后钢材出炉空冷至400℃以下。
⑷调质工艺
如图2所示，以不大于80℃/h速度升温至852℃，保温12h，钢材出淬火炉到淬水时间间隔4min；淬水水空交替进行，第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后1.5h内装电炉回火，如图3所示，炉温280℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至628℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
2.生产检验结果
⑴非金属夹杂物检验见表11。
表11
⑵晶粒度按ISO643进行奥氏体晶粒度检验，检验结果8级。
⑶力学性能检验见表12。
表12

Claims (4)

1.一种风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺，其特征在于：制造工艺技术方案：⑴工艺路线：电炉+LF+VD→模铸→锻造(3500t快锻机)→正火处理→调质；⑵通过优化内控成分严格控制钢材化学成分窄范围，以保证钢材力学性能稳定，熔炼成分添加钒、铌、镍等强化元素，提高钢材的强度；通过调质前的预处理，对钢材进行正火来均匀组织，细化晶粒，调质后获得良好的冲击韧性；通过对回火出炉钢材风冷来避免回火脆性。
所述化学成分(％)：碳：0.38～0.45，硅：不大于0.04，锰：0.60～0.80，铬：0.90～1.20，钼：0.15～0.30，磷：不大于0.025，硫：不大于0.035，氧:不大于0.0025，氢：不大于0.0002；
内控成分(％)：碳：0.42～0.44，硅：0.30～0.38，锰：0.82～0.88，铬：1.12～1.18，钼：0.25～0.28，磷：不大于0.010，硫：不大于0.010，铝:0.015～0.035，氧:不大于0.002，钒:0.03～0.05，铌:0.015～0.03，镍:0.25～0.29；
所述锻造，1200℃～1220℃保温5h～8h方可出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1180℃～1200℃保温3h～5h，出炉拔长，终锻温度850℃～900℃，成品材锻后去氢退火；
所述正火处理，以不大于100℃/h速度升温至880℃±10℃，保温10h～12h，之后出炉空冷至400℃以下；
所述调质，以不大于80℃/h速度升温至860℃±10℃，保温8h～12h，钢材出炉淬火，钢材出炉到淬水时间间隔不大于4min；淬水过程要多步进行，规定如下：第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后1h～2小时内装电炉回火，炉温300℃±50℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至625℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
2.根据权利要求1所述风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺，其特征在于：成品化学成分(％)：碳：0.43，硅：0.32，锰：0.85，铬：1.12，钼：0.26，磷：0.009，硫：0.005，铝:0.032，氧:0.0018，氢：0.0001，钒:0.04，铌:0.019，镍:0.26；
所述锻造，1210℃保温7h出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1180℃保温4h，出炉拔长，终锻温度870℃，成品材锻后去氢退火；
所述正火处理以不大于100℃/h速度升温至880℃保温11h，之后钢材出炉空冷至400℃以下；
所述调质以不大于80℃/h速度升温至865℃，保温10h，钢材出淬火炉到淬水时间间隔4min；淬水水空交替进行，第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后1.5h内装电炉回火，炉温300℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至618℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
3.根据权利要求1所述风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺，其特征在于：成品化学成分(％)：碳：0.42，硅：0.32，锰：0.87，铬：1.13，钼：0.26，磷：0.009，硫：0.005，铝:0.032，氧:0.002，氢：0.0001，钒:0.04，铌:0.017，镍:0.27；
所述锻造，1220℃保温5h出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1190℃保温4h，出炉拔长，终锻温度860℃，成品材锻后去氢退火；
所述正火处理以不大于100℃/h速度升温至885℃保温11h，之后钢材出炉空冷至400℃以下；
所述调质以不大于80℃/h速度升温至858℃，保温8h，钢材出淬火炉到淬水时间间隔4min；淬水水空交替进行，第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后2h装电炉回火，炉温320℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至625℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
4.根据权利要求1所述风电增速箱外主轴用大规格42CrMo4调质钢制造工艺，其特征在于：成品化学成分(％)：碳：0.425，硅：0.3，锰：0.82，铬：1.12，钼：0.25，磷：0.008，硫：0.003，铝:0.03，氧:0.0015，氢：0.0001，钒:0.04，铌:0.022镍:0.26；
所述锻造，1200℃保温8h出炉压钳把、镦粗，镦完回炉再烧，1180℃保温5h，出炉拔长，终锻温度880℃，成品材锻后去氢退火；
所述正火处理以不大于100℃/h速度升温至878℃保温10h，之后钢材出炉空冷至400℃以下；
所述调质以不大于80℃/h速度升温至852℃，保温12h，钢材出淬火炉到淬水时间间隔4min；淬水水空交替进行，第一步：浸水3min；第二步：空冷40s；第三步：浸水2min；第四步：空冷50s；第五步：浸水55min；淬火后1.5h内装电炉回火，炉温280℃待料，然后以不大于60℃/h速度升温至628℃保温35h；钢材回火出炉后吊出单摆风冷，风冷至料温150℃以下。
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