一種風力發電機主軸的鍛造工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種風力發電機主軸的鍛造工藝。
【背景技術】
[0002]當今社會，隨著全球能源短缺和環境污染等問題日益嚴峻，尋找可再生能源已成為世界各國面臨的重大課題。而自然界風能與其它能源相比，不僅蘊藏量大，分布廣泛，永不枯竭，而且還具有上馬快、建設周期短、比水電站建設的基礎投入少、靈活性強，并能有效遏制溫室效應和沙塵暴災害，綠色環保等特點。因此，利用風能發電作為新能源開發已成為全球未來能源發展戰略的重要組成部分而受到了各國的高度重視和大力支持。但是，由于目前制造風電設備的技術不夠成熟，導致風力發電設備昂貴，風力發電成本較高，風電電價高于煤電電價，從而制約了風電的快速發展。
[0003]用于風力發電機設備麗級風電機組風電主軸是風電設備的承重件，需要在較強的風能、零下四十攝氏度等環境溫度下，滿足承載負荷等特定使用要求。當前所使用的主軸一般均采用Q345E材質的坯鋼作為開始加工的原料，經下料、鍛造制坯輾環、熱處理、金加工等步序后制成符合要求的環鍛件，然后再經進一步機械加工成為滿足要求的主軸。傳統主軸鍛件由于材料成份、及理化指標允許的范圍較大，鍛造及熱處理工藝簡單粗獷，造成產品質量不穩定，尚難滿足較強的風能、較大溫度差異下，安全、穩定地承受負載等特定使用要求。
【發明內容】
[0004]本發明公開了一種風力發電機主軸的鍛造工藝，該工藝采用優良的合金配比以及精湛的鍛造流程，得到韌性高、耐低溫且強度高的風力發電機主軸，其可以在較強風能和較大溫度差異下安全、穩定地承受負載。
[0005]本發明的風力發電機主軸的鍛造工藝包括如下步驟:
一、澆鑄
將合金鋼鋼水澆鑄到中心鑄管，得到鋼坯；其中合金鋼的各組分以及重量百分比為碳 0.33 ?0.36%、硅 0.17 ?0.37%、錳 0.81 ?0.94%、磷彡 0.009%、硫彡 0.009%、鉻1.02 ?1.17%、鑰 0.20 ?0.30%、鎳 0.35 ?0.45%、銅彡 0.15%、鋁 0.022 ?0.062%,鈮0.028?0.068% ;鎢、砷、錫、鉛、鈦中的任意一種元素均< 0.01% ;其余為鐵。
[0006]二、加熱
第一次加熱，將鋼坯裝入天然氣加熱爐中進行加熱，第一次加熱溫度為1050?1250°C，并在加熱溫度范圍內保溫5?6小時，其中鋼坯從點火升溫至所述加熱溫度過程中的升溫速度彡150°C /h。
[0007]三、鍛造
將加熱后的鋼坯在液壓機鐓粗或拔長，始鍛溫度為1150?1250°C，鍛造比大于3?6倍，終鍛溫度為750°C?790°C。
[0008]四、加熱
第二次加熱，將鍛造后的鋼坯裝入天然氣加熱爐中進行加熱，第二次加熱溫度為 950?1150°C，并在該溫度范圍內保溫2?3小時。
[0009]五、鍛壓成型
將上述步驟中所得的鋼坯在液壓機上鍛壓成符合尺寸的鍛件。
[0010]六、冷卻
冷卻至280°C?320°C后，再加熱到640?660°C等溫，等溫的時間為10?20小時。[0011 ] 優選地，所述鍛造工藝還包括下述步驟，
七、熱處理
鍛件進入熱處理爐加熱到820±5°c，保溫3小時后，出爐空冷或吹風冷卻至300°C以下；再入爐加熱到840 ± 5 °C，保溫3小時出爐淬火，冷卻到200 °C以下，再進入回火爐中加熱到550±10°C，保溫5?6小時，然后隨爐緩慢冷卻至150°C以下出爐。
[0012]本發明通過采用特定組分的鋼錠，經過加熱、鍛造、再加熱、再鍛造之后冷卻的過程，得到性能優異的主軸鍛件，另外，在冷卻之后進行熱處理，進一步提升其力學性能，從而得到抗疲勞強度高，低溫下耐沖擊且韌性俱佳的風力發電機主軸，其使用壽命長，可靠穩定，有助于我國大力發展風電事業，保護不可再生資源，保護環境，造福人類。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]為了更加清楚地說明本發明的技術方案，下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。
[0015]本發明的風力發電機主軸的原材料是合金鋼，其各組分以及重量百分比為碳
0.33 ?0.36 %、硅 0.17 ?0.37%、錳 0.81 ?0.94%、磷彡 0.009%、硫彡 0.009%、鉻
1.02 ?1.17%、鑰 0.20 ?0.30%、鎳 0.35 ?0.45%、銅彡 0.15%、鋁 0.022 ?0.062%,鈮0.028?0.068%;鎢、砷、錫、鉛、鈦中的任意一種元素均< 0.01%;其余為鐵。經過大量實驗證明，上述組分的合金鋼材料抗疲勞強度高，低溫下耐沖擊且韌性好。
[0016]采用上述組分地合金鋼材料，本發明的風力發電機主軸的鍛造工藝主要包括如下步驟:澆鑄鋼錠-加熱-鍛造-加熱-鍛壓成型-冷卻-熱處理。具體步驟如下述實施例所描述。
[0017]實施例1:
一、燒鑄:
精煉得到下述組分的合金鋼鋼水；
碳 0.35%,硅 0.27%,錳 0.85%,磷 0.008 %、硫 0.008 %、鉻 1.12 %、鑰 0.26 %、鎳0.39%、銅 0.12%、鋁 0.032%、鈮 0.056%;鎢 0.005%、砷 0.005%、錫 0.006%;其余為鐵。
[0018]澆鑄采用下鑄方式，每次可澆2?4支錠，鋼水從鋼水包中澆鑄到中心鑄管；作主軸用模為扁形鋼錠模，是上大下小(錐度為0.5%左右)，上口邊長1600mm?1800m，厚度為750mm ?950mm,高度為 2100mm ?2500mm ;單重為 13T ?33T。
[0019]二、加熱
第一次加熱，將選用的鋼坯裝入室式天然氣加熱爐中進行加熱，加熱溫度為1200°C，并在該1200°C溫度范圍內保溫5小時，其中鋼坯從點火直到升溫至1200°C，升溫速度120°C /h0
[0020]三、鍛造
根據鍛件大小分別在4500T或2000T噸液壓機鐓粗或拔長，始鍛溫度為1150°C，鍛造比為4倍，終鍛溫度為760V。鍛造目的是把鋼錠柱狀晶打碎，使鋼晶粒度細化，鍛坯尺寸達到成品毛坯規定幾何形狀。毛坯余留加工尺寸為15mm左右。
[0021]四、加熱
第二次加熱，將鍛造后的鋼坯裝入室式天然氣加熱爐中進行加熱，加熱溫度為1000°c，并在該1000°c溫度范圍內保溫3小時。
[0022]五、鍛壓成型
將上述步驟中所得的鋼坯在液壓機上鍛壓成符合尺寸的鍛件。
[0023]六、冷卻
冷卻至300°C后，再加熱到650°C等溫，等溫時間依據工件大小來決定，一般為10?20小時。通過上述冷卻后再加熱可以防止白點產生，避免鋼件內產生應力，進而產生裂紋。
[0024]之后，可以進行本領域技術人員公知的后續機械加工以及檢查步驟。首先進行機械加工，依據鍛件毛坯尺寸大小，在常規車床或數控車床進行成品精加工，達到成品尺寸公差要求。最后檢查，對機械精加工鍛件進行超聲波探傷檢查，檢查裂紋、夾雜、縮孔、氣孔、白點等缺陷；同時要檢查鍛件尺寸公差，力學性能等，符合相應標準要求，判定合格后包裝入庫。
[0025]當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本發明的實質范圍內，作出的變化、改型、添加或替換，都應屬于本發明本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種風力發電機主軸的鍛造工藝，其特征在于，包括如下步驟: 一、澆鑄 將合金鋼鋼水澆鑄到中心鑄管，得到鋼坯；其中合金鋼的各組分以及重量百分比為碳 0.33 ?0.36%、硅 0.17 ?0.37%、錳 0.81 ?0.94%、磷彡 0.009%、硫彡 0.009%、鉻1.02 ?1.17%、鑰 0.20 ?0.30%、鎳 0.35 ?0.45%、銅彡 0.15%、鋁 0.022 ?0.062%,銀0.028?0.068% ;鶴、神、錫、鉛、欽中的任意一種兀素均<0.01% ;其余為鐵； 二、加熱 第一次加熱，將鋼坯裝入天然氣加熱爐中進行加熱，第一次加熱溫度為1050?1250°C，并在加熱溫度范圍內保溫5?6小時，其中鋼坯從點火升溫至所述加熱溫度過程中的升溫速度彡150 0C /h ； 二、鍛造 將加熱后的鋼坯在液壓機鐓粗或拔長，始鍛溫度為1150?1250°C，鍛造比大于3?6倍，終鍛溫度為750°C?790°C ； 四、加熱 第二次加熱，將鍛造后的鋼坯裝入天然氣加熱爐中進行加熱，第二次加熱溫度為950?1150°C，并在該溫度范圍內保溫2?3小時； 五、鍛壓成型 將上述步驟中所得的鋼坯在液壓機上鍛壓成符合尺寸的鍛件； 六、冷卻 冷卻至280°C?320°C后，再加熱到640?660°C等溫，等溫的時間為10?20小時。2.如權利要求1所述的風力發電機主軸的鍛造工藝，其特征在于，所述工藝還包括下述步驟，七、熱處理 鍛件進入熱處理爐加熱到820±5°C，保溫3小時后，出爐空冷或吹風冷卻至300°C以下；再入爐加熱到840 ± 5 °C，保溫3小時出爐淬火，冷卻到200 °C以下，再進入回火爐中加熱到550±10°C，保溫5?6小時，然后隨爐緩慢冷卻至150°C以下出爐。
【專利摘要】本發明公開了一種風力發電機主軸的鍛造工藝，包括如下步驟：一、澆鑄，將合金鋼鋼水澆鑄到中心鑄管，得到鋼坯；二、第一次加熱，三、鍛造，將加熱后的鋼坯在液壓機鐓粗或拔長，四、第二次加熱，五、鍛壓成型，六、冷卻，七、熱處理。該工藝采用優良的合金配比以及精湛的鍛造流程，得到韌性高、耐低溫且強度高的風力發電機主軸，其可以在較強風能和較大溫度差異下安全、穩定地承受負載。
【IPC分類】B23P15/00, C22C38/50, B21J5/08, B21J5/06, C22C38/48, C21D8/00
【公開號】CN105251921
【申請號】CN201410334757
【發明人】匡永剛
【申請人】匡永剛
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2014年7月15日