风电回转支承环环锻件用材料及所述环锻件的制造工艺 【技术领域】
本发明涉及到风电回转支承环环锻件，尤其涉及到风电回转支承环环锻件用材料及所述环锻件的制造工艺。
背景技术
风力发电作为清洁和可再生能源是一项正在兴起的新型产业。用于风电设备的风电机组变桨、偏航塔上的回转支承环是风电设备的承重与传动件，需要在较强的风力及+40～-40℃环境温度下，满足承载负荷等特定使用要求；并且要求在比较恶劣的天气条件下，二十年内不能出现质量问题。当前所使用的风电回转支承环一般均采用欧标BS EN10083-1：2006中的42CrMo4V材料制成的坯钢作为开始加工的原料，经锻造制坯辗环工序和热处理工序后制成。传统的风电回转支承环环锻件的缺点是：由于材料成分、及理化指标允许的范围较大，热处理工艺简单粗犷，造成了产品的韧性、塑性和淬透性不大、并且质量稳定性不高，尚难满足较强的风力及+40～-40℃环境温度下，安全、稳定地承载负荷等特定使用要求。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种产品的韧性、塑性和淬透性较大、质量稳定可靠，能够满足恶劣环境下的使用要求的风电回转支承环环锻件用材料及所述环锻件的制造工艺。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：风电回转支承环环锻件用材料，包含的各化学元素的重量组成如下：C：0.41～0.45％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.80～1.00％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：1.05～1.20％，Ni：≤0.30％，Mo：0.20～0.25％，Cu：≤0.20％，Al：0.02～0.04％，[O]：≤20ppm，[H]：≤2.0ppm，余量为Fe。
由上述的材料制造风电回转支承环环锻件的制造工艺，包括如下步骤：下料、锻造制坯辗环、热处理和精车加工，所述的热处理包括热处理正火和热处理调质工序，热处理正火的温度在840℃与860℃之间，加热速度不大于150℃/h；热处理调质中，淬火温度在830℃与850℃之间，加热速度不大于150℃/h，淬火冷却依次采取预冷、第一次淬火介质液冷、空冷和第二次淬火介质液冷的分级冷却方式，所述预冷的时间为2～3分钟，第一次淬火介质液冷的时间为2～3分钟，空冷的时间为3～4分钟，第二次淬火介质液冷的时间为2～3分钟，淬火冷却后的回火温度在600℃与630℃之间，加热速度不大于150℃/h。
在上述的风电回转支承环环锻件的制造工艺中：在第二次淬火介质液冷后，工件返温至300℃～330℃。
本发明的有益效果是：较传统回转支承环环锻件材料42CrMo4V的优点是：材料成份、及理化指标允许的范围缩小，增加了合金元素Mn、Cr、Mo含量，降低了P、S含量。制造过程中调整了热处理工艺，由此生产出的产品韧性、塑性和淬透性较大、质量稳定可靠，能够满足恶劣环境下的使用要求。经热处理后所达到的机械性能如下表：
抗拉强度 (Mpa) 屈服强度 (Mpa) 延伸率 (％) 断面收缩 (％) -40℃冲击 (J) 硬度 (HB)
800-950 ≥650 ≥14 ≥50 ≥42 260-290
【附图说明】
图1是欧标42CrMo4V材料的末端淬透性试验数据表；
图2是本发明中所述的回转支承环环锻件用材料的末端淬透性试验数据表；
图3是本发明中热处理正火工艺的示意图；
图4是本发明中热处理调质工艺的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明风电回转支承环环锻件用材料及所述环锻件的制造工艺作进一步的详细描述。
实施例1
所述的风电设备用回转支承环环锻件用材料，包含的各化学元素的重量组成如下：C：0.422％，Si：0.211％，Mn：0.880％，P：0.014％，S：0.010％，Cr：1.12％，Ni：0.038％，Mo：0.205％，Cu：0.009％，Al：0.022％，[O]：13ppm，[H]：1.1ppm，余量为Fe。
实施例2
所述的风电设备用回转支承环环锻件用材料，包含的各化学元素的重量组成如下：C：0.434％，Si：0.241％，Mn：0.912％，P：0.012％，S：0.012％，Cr：1.14％，Ni：0.027％，Mo：0.216％，Cu：0.009％，Al：0.028％，[O]：17ppm，[H]：1.3ppm，余量为Fe。
实施例3
所述的风电设备用回转支承环环锻件用材料，包含的各化学元素的重量组成如下：C：0.428％，Si：0.305％，Mn：0.891％，P：0.008％，S：0.013％，Cr：1.07％，Ni：0.041％，Mo：0.223％，Cu：0.010％，Al：0.027％，[O]：15ppm，[H]：1.2ppm，余量为Fe。
上述回转支承环环锻件用材料是在欧标42CrMo4V的基础上增加化学元素Mn、Cr、Mo的含量，降低P、S的含量，严格控制[O]、[H]的含量，通过电炉、真空脱气的冶炼方法来得到连铸坯钢。所述原料坯钢中的非金属夹杂物满足下表要求：
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如图1、图2所示，本发明中所述的回转支承环环锻件用材料比欧标42CrMo4V的硬度均匀性和表面淬透性好。
由上述的三个实施例中的材料制造风电回转支承环环锻件的工艺步骤基本相同，包括：下料、锻造制坯辗环、热处理和精车加工。
在锻造制坯辗环过程中，控制始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃，锻造加热保温温度为1230℃至1270℃，锻造比≥6；辗环后的环锻件表面缺陷深度≤3mm；内(外)径圆度≤3mm；端面平面度≤3mm。
热处理工序包括热处理正火和热处理调质工序。
如图3所示，热处理正火工序为：将工件放入炉中进行加热，并且每个工件按周长800～1200mm间须垫≥50mm等高垫块，隔3个工件中间垫≥60mm垫块，以便于炉气流动；加热速度不大于每小时150℃，温度升至840℃～860℃时，进行均热保温，均热保温时间根据环锻件的直径、厚度等尺寸确定，均热时间一般不低于1.5小时，保温时间按照1.2分/mm来计算，环锻件越大时间越长，最后将经保温均热后的工件移出炉外空冷至常温。
如图4所示，热处理调质工序为：将工件放入炉中进行加热，每个工件按周长800-1200mm间须垫≥50mm等高垫块，隔3个工件中间垫≥60mm垫块，以便于炉气流动；加热速度不大于每小时150℃，温度升至830℃～850℃时，进行均热保温，均热保温时间根据环锻件的直径、厚度等尺寸确定，均热时间一般不低于1.5小时，保温时间按照1.5分/mm来计算，环锻件越大时间越长，将经均热保温后的工件移出炉外进行淬火，淬火冷却依次采取预冷、第一次淬火介质液冷、空冷和第二次淬火介质液冷的分级冷却方式，所述预冷的时间为2～3分钟，第一次淬火介质液冷的时间为2～3分钟，空冷的时间为3～4分钟，第二次淬火介质液冷的时间为2～3分钟。淬火后的工件返温至300℃～330℃，然后再将工件放入炉中进行加热，加热速度不大于每小时150℃，温度升至600℃～630℃时进行均热保温，均热时间一般不低于2小时，保温时间按照2分/mm来计算，环锻件越大时间越长，保温结束后将环锻件移出炉外空冷至常温。在热处理过程中环锻件起吊时应注意平稳，防止工件变形。