CN103103459B - 一种大型风电回转支承锻件及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种大型风电回转支承锻件及其制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—前机加工—热处理—后机加工—理化检验—超声波探伤—精加工—清洁—包装；本发明第一次正火温度高于第二次正火温度，使第二次正火不破坏第一次正火的效果，使组织细化效果更为明显；正火采取分段加热，第二段加热在第一段加热的基础上可以减小表面和心部的温度之差，使大型风电回转支承锻件厚度方向组织细小均匀；热处理也采用分段加热，进一步保证了正火与回火的技术效果，保证了延伸率≥13，端面收缩率≥55的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种支承锻件及制造工艺，具体的说是一种大型风电回转支承锻件及其制造工艺。
背景技术
根据“十二五”可再生能源规划，风电将作为可再生能源的重要产业大力发展，规划2015年我国海上风电装机500万千瓦，规划到2020年海上风电装机3000万千瓦。风电设备制造快速发展，5兆瓦和6兆瓦大型的风力发电机组相继研发出产，随之6兆瓦大型风电回转支承也在研发制造。大型回转支承需满足大型风电用户对大型锻件各项性能指标的要求。现有的工艺生产的回转支承锻件的组织、晶粒度和淬硬层深度无法满足大型回转支承要求，基体组织在表淬后的变形及应力状态对后续加工有较大的影响，从而造成抗拉强度、屈服强度、延伸率、端面收缩率和抗腐蚀性能都不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
如何保证大型风电回转支承锻件具有有突出的抗腐蚀性能；
如何保证大型风电回转支承锻件具有高抗拉强度和高屈服强度；
如何保证大型风电回转支承锻件具有较小的表面粗糙度，组织更为均匀稳定，极少气孔及沙眼。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.55-0.65%，Si:0.65-0.75%，Mn:0.55-0.65%，Ni:0.2-0.4%，Cr:2-4%，Nb：0.15-0.25%，Cu:0.05-0.08%，N:0.08-0.09%，Mo:0.15-0.18%，Al:0.1-0.3%，S：0.07-0.09%，Ti：0.01-0.03%，V：0.7-0.9%，B：0.008-0.009%，复合稀土：1-3%，余量为Fe。
一种大型风电回转支承锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—前机加工—热处理—后机加工—理化检验—超声波探伤—精加工—清洁—包装；
加热工序采用分段加热，第一段加热温度为660-680℃加热，到温后保温11-13min，第二段加热温度为620-640℃加热，到温后保温15-17min，然后水冷至室温；
锻后热处理工序采用两次正火+一次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度；
第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为900-930℃，到温后保温17-19min，第二段加热温度为800-830℃，到温后保温21-23min，然后空冷5-7min后进行第二次正火；
第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为720-750℃加热，到温后保温5-7min，第二段加热温度为630-650℃加热，到温后保温15-17min，然后水冷至室温；
回火：回火温度740-760℃，到温后保温16-18min，然后进行冷却；
冷却采用水冷与空冷结合的方法，先采用水冷以4-6℃/s的冷却速率将钢板水冷至560-580℃，然后空冷至470-490℃，再采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将钢板水冷至室温；
热处理采用分段加热，第一段加热温度为760-780℃加热，到温后保温15-17min，第二段加热温度为660-680℃加热，到温后保温5-7min，然后空冷至室温。
以上工序中：选材、下料、锻造、前机加工、后机加工、理化检验、超声波探伤、精加工、清洁和包装都使用现有常用工艺。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的大型风电回转支承锻件，其中所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：12-15%，铈：15-18%，钪：16-19%，钇：9-11%，钐：7-9%，钕：11-13%，钆：7-9%，镨：1-3%，镝：8-15%，其余镧系元素：1-3%，以上各组分之和为100%。
前述的大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Si:0.65%，Mn:0.65%，Ni:0.4%，Cr:2%，Nb：0.15%，Cu:0.08%，N:0.08%，Mo:0.15%，Al:0.1%，S：0.07%，Ti：0.01%，V：0.7%，B：0.008%，复合稀土：3%，余量为Fe；所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：12%，铈：18%，钪：19%，钇：9%，钐：7%，钕：11%，钆：7%，镨：1%，镝：15%，其余镧系元素：1%。
前述的大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.65%，Si:0.75%，Mn:0.55%，Ni:0.3%，Cr:4%，Nb：0.25%，Cu:0.05%，N:0.09%，Mo:0.16%，Al:0.3%，S：0.09%，Ti：0.02%，V：0.8%，B：0.009%，复合稀土：2%，余量为Fe；所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：15%，铈：15%，钪：16%，钇：11%，钐：8%，钕：13%，钆：8%，镨：2%，镝：10%，其余镧系元素：2%。
前述的大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.6%，Si:0.7%，Mn:0.6%，Ni:0.2%，Cr:3%，Nb：0.2%，Cu:0.07%，N:0.08%，Mo:0.18%，Al:0.2%，S：0.08%，Ti：0.03%，V：0.09%，B：0.008%，复合稀土：1%，余量为Fe；所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：13%，铈：16%，钪：17%，钇：10%，钐：9%，钕：12%，钆：9%，镨：3%，镝：8%，其余镧系元素：3%。
本发明的优点是：
本发明通过成分及工艺参数的限定，特别是添加适量的镧系稀土元素，以及两次正火+一次回火+冷却的热处理工序，既避免了碳化物在晶间的析出，同时又防止了热处理过程的渗碳和渗氮，保证了材料的抗腐蚀性能；本发明的加热工序采用分段加热，通过温度控制使基体组织在表淬后的变形较小，应力状态较好，保证后续加工对基体组织影响较小；两次正火后使大型风电回转支承锻件的带状组织等缺陷减轻明显，组织细化均匀；正火后一次回火，组织更为均匀稳定，且晶粒更细化，使大型风电回转支承锻件的抗拉强度、屈服强度、韧性以及低温冲击性能得到很大的提高；回火后采用特殊的冷却工艺，防止了热处理过程的渗碳和渗氮，保证了材料的抗腐蚀性能；热处理也采用分段加热，进一步保证了正火与回火的技术效果，保证了延伸率≥13，端面收缩率≥55的要求。
本发明第一次正火温度高于第二次正火温度，使第二次正火不破坏第一次正火的效果，使组织细化效果更为明显；正火采取分段加热，第二段加热在第一段加热的基础上可以减小表面和心部的温度之差，使大型风电回转支承锻件厚度方向组织细小均匀；正火后回火进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；回火后冷却，通过水冷与空冷结合的方法，先以较快的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过较慢的水冷冷却至室温，不仅可提高大型风电回转支承锻件的韧性和获得较好的综合力学性能（具体可见后面发明优点部分的力学性能），而且使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，保证了材料的抗腐蚀性能。
总之，本发明采取分段加热，可有效缩短高温段的加时间，使细化晶粒效果更明显，并且使厚度方向的组织晶粒度趋于一致；采用两次正火，且第一次正火温度较高，可以细化晶粒，同时提高强度和韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高大型风电回转支承锻件整体冲击性能；正火后一次回火，组织更为均匀稳定，低温冲击性能进一步提高，表面至心部性能趋于一致；冷却通过水冷与空冷结合，且通过冷却速度的快慢控制，而且使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，且获得较好的综合力学性能和抗腐蚀性能。本发明的大型风电回转支承锻件经过NSS试验及ASS试验，试验结果均具有较为优异的耐腐蚀性能。
本发明大型风电回转支承锻件的具体性能为：抗拉强度900-1050MP，屈服强度≥750MP，延伸率≥13，端面收缩率≥55的要求。
本发明的具体性能可见下表：
表1 本发明与常用的大型风电回转支承锻件性能指标对比
具体实施方式
实施例1
本实施例的大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Si:0.65%，Mn:0.65%，Ni:0.4%，Cr:2%，Nb：0.15%，Cu:0.08%，N:0.08%，Mo:0.15%，Al:0.1%，S：0.07%，Ti：0.01%，V：0.7%，B：0.008%，复合稀土：3%，余量为Fe；复合稀土的组分质量百分比为：镧：12%，铈：18%，钪：19%，钇：9%，钐：7%，钕：11%，钆：7%，镨：1%，镝：15%，其余镧系元素：1%。
本实施例大型风电回转支承锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—前机加工—热处理—后机加工—理化检验—超声波探伤—精加工—清洁—包装；以上工序中：选材、下料、锻造、前机加工、后机加工、理化检验、超声波探伤、精加工、清洁和包装都使用现有常用工艺。
加热工序采用分段加热，第一段加热温度为660℃加热，到温后保温11min，第二段加热温度为620℃加热，到温后保温15min，然后水冷至室温。
锻后热处理工序采用两次正火+一次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为900℃，到温后保温17min，第二段加热温度为800℃，到温后保温21min，然后空冷5min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为720℃加热，到温后保温5min，第二段加热温度为630℃加热，到温后保温15min，然后水冷至室温；回火：回火温度740℃，到温后保温16min，然后进行冷却；冷却采用水冷与空冷结合的方法，先采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢板水冷至560℃，然后空冷至470℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率将钢板水冷至室温。
热处理采用分段加热，第一段加热温度为760℃加热，到温后保温15min，第二段加热温度为660℃加热，到温后保温5min，然后空冷至室温。
实施例2
本实施例的大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.65%，Si:0.75%，Mn:0.55%，Ni:0.3%，Cr:4%，Nb：0.25%，Cu:0.05%，N:0.09%，Mo:0.16%，Al:0.3%，S：0.09%，Ti：0.02%，V：0.8%，B：0.009%，复合稀土：2%，余量为Fe；复合稀土的组分质量百分比为：镧：15%，铈：15%，钪：16%，钇：11%，钐：8%，钕：13%，钆：8%，镨：2%，镝：10%，其余镧系元素：2%。
本实施例大型风电回转支承锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—前机加工—热处理—后机加工—理化检验—超声波探伤—精加工—清洁—包装；以上工序中：选材、下料、锻造、前机加工、后机加工、理化检验、超声波探伤、精加工、清洁和包装都使用现有常用工艺。
加热工序采用分段加热，第一段加热温度为670℃加热，到温后保温12min，第二段加热温度为630℃加热，到温后保温16min，然后水冷至室温。
锻后热处理工序采用两次正火+一次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为920℃，到温后保温18min，第二段加热温度为820℃，到温后保温22min，然后空冷6min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为730℃加热，到温后保温6min，第二段加热温度为640℃加热，到温后保温16min，然后水冷至室温；回火：回火温度750℃，到温后保温17min，然后进行冷却；冷却采用水冷与空冷结合的方法，先采用水冷以5℃/s的冷却速率将钢板水冷至570℃，然后空冷至480℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率将钢板水冷至室温。
热处理采用分段加热，第一段加热温度为770℃加热，到温后保温16min，第二段加热温度为670℃加热，到温后保温6min，然后空冷至室温。
实施例3
本实施例的大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.6%，Si:0.7%，Mn:0.6%，Ni:0.2%，Cr:3%，Nb：0.2%，Cu:0.07%，N:0.08%，Mo:0.18%，Al:0.2%，S：0.08%，Ti：0.03%，V：0.09%，B：0.008%，复合稀土：1%，余量为Fe；复合稀土的组分质量百分比为：镧：13%，铈：16%，钪：17%，钇：10%，钐：9%，钕：12%，钆：9%，镨：3%，镝：8%，其余镧系元素：3%。
本实施例大型风电回转支承锻件的制造工艺，按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—前机加工—热处理—后机加工—理化检验—超声波探伤—精加工—清洁—包装；以上工序中：选材、下料、锻造、前机加工、后机加工、理化检验、超声波探伤、精加工、清洁和包装都使用现有常用工艺。
加热工序采用分段加热，第一段加热温度为680℃加热，到温后保温13min，第二段加热温度为640℃加热，到温后保温17min，然后水冷至室温。
锻后热处理工序采用两次正火+一次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度；第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为930℃，到温后保温19min，第二段加热温度为830℃，到温后保温23min，然后空冷7min后进行第二次正火；第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为750℃加热，到温后保温7min，第二段加热温度为650℃加热，到温后保温17min，然后水冷至室温；回火：回火温度760℃，到温后保温18min，然后进行冷却；冷却采用水冷与空冷结合的方法，先采用水冷以6℃/s的冷却速率将钢板水冷至580℃，然后空冷至490℃，再采用水冷以3℃/s的冷却速率将钢板水冷至室温。
热处理采用分段加热，第一段加热温度为780℃加热，到温后保温17min，第二段加热温度为680℃加热，到温后保温7min，然后空冷至室温。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种大型风电回转支承锻件，其化学成分的质量百分比为：C：0.55-0.65%，Si:0.65-0.75%，Mn:0.55-0.65%，Ni:0.2-0.4%，Cr:2-4%，Nb：0.15-0.25%，Cu:0.05-0.08%，N:0.08-0.09%，Mo:0.15-0.18%，Al:0.1-0.3%，S：0.07-0.09%，Ti：0.01-0.03%，V：0.7-0.9%，B：0.008-0.009%，复合稀土：1-3%，余量为Fe；所述大型风电回转支承锻件的制造工艺按以下工序进行：选材—下料—加热—锻造—锻后热处理—前机加工—热处理—后机加工—理化检验—超声波探伤—精加工—清洁—包装；其特征在于：
所述加热工序采用分段加热，第一段加热温度为660-680℃，到温后保温11-13min，第二段加热温度为620-640℃，到温后保温15-17min，然后水冷至室温；
所述锻后热处理工序采用两次正火+一次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度；
所述第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为900-930℃，到温后保温17-19min，第二段加热温度为800-830℃，到温后保温21-23min，然后空冷5-7min后进行第二次正火；
所述第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为720-750℃，到温后保温5-7min，第二段加热温度为630-650℃，到温后保温15-17min，然后水冷至室温；
所述回火：回火温度740-760℃，到温后保温16-18min，然后进行冷却；
所述冷却采用水冷与空冷结合的方法，先采用水冷以4-6℃/s的冷却速率将钢板水冷至560-580℃，然后空冷至470-490℃，再采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将钢板水冷至室温；
所述热处理采用分段加热，第一段加热温度为760-780℃，到温后保温15-17min，第二段加热温度为660-680℃，到温后保温5-7min，然后空冷至室温。
2.如权利要求1所述的大型风电回转支承锻件，其特征在于：所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：12-15%，铈：15-18%，钪：16-19%，钇：9-11%，钐：7-9%，钕：11-13%，钆：7-9%，镨：1-3%，镝：8-15%，其余镧系元素：1-3%，以上各组分之和为100%。
3.如权利要求1或2所述的大型风电回转支承锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Si:0.65%，Mn:0.65%，Ni:0.4%，Cr:2%，Nb：0.15%，Cu:0.08%，N:0.08%，Mo:0.15%，Al:0.1%，S：0.07%，Ti：0.01%，V：0.7%，B：0.008%，复合稀土：3%，余量为Fe；所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：12%，铈：18%，钪：19%，钇：9%，钐：7%，钕：11%，钆：7%，镨：1%，镝：15%，其余镧系元素：1%。
4.如权利要求1或2所述的大型风电回转支承锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.65%，Si:0.75%，Mn:0.55%，Ni:0.3%，Cr:4%，Nb：0.25%，Cu:0.05%，N:0.09%，Mo:0.16%，Al:0.3%，S：0.09%，Ti：0.02%，V：0.8%，B：0.009%，复合稀土：2%，余量为Fe；所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：15%，铈：15%，钪：16%，钇：11%，钐：8%，钕：13%，钆：8%，镨：2%，镝：10%，其余镧系元素：2%。
5.如权利要求1或2所述的大型风电回转支承锻件，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.6%，Si:0.7%，Mn:0.6%，Ni:0.2%，Cr:3%，Nb：0.2%，Cu:0.07%，N:0.08%，Mo:0.18%，Al:0.2%，S：0.08%，Ti：0.03%，V：0.09%，B：0.008%，复合稀土：1%，余量为Fe；所述复合稀土的组分质量百分比为：镧：13%，铈：16%，钪：17%，钇：10%，钐：9%，钕：12%，钆：9%，镨：3%，镝：8%，其余镧系元素：3%。
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