高寒地带电机轴用合金钢的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，该合金钢的材质为42CrMo，包括冶炼和锻造辊坯、调质淬火处理以及回火处理；所述调质淬火处理的温度为790～810℃，时间为20～30h；调质淬火处理后采用的冷却介质为聚乙烯吡咯烷酮水溶液；所述回火处理的温度为610～630℃，时间为15～25h。本发明通过对常规42CrMo材质进行特殊的热处理，即降低调质淬火温度以及采用聚乙烯吡咯烷酮水溶液作为冷却介质，这样能够制得近表面以及1/2半径处均能够满足-20℃冲击功≥27J的较大规格电机轴，相比于现有技术通过添加价格较高的微合金化元素而言，大大降低了生产成本，而且工艺简单，适合于工业化大规模生产。
【专利说明】高寒地带电机轴用合金钢的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种轴用合金钢的制造方法，具体涉及一种高寒地带电机轴用合金钢 的制造方法。
【背景技术】
[0002] 电机轴是发电机最关键的零部件之一，在使用过程中承受的载荷较为复杂，工作 环境较为恶劣，尤其对于一些在高寒地带(高原和寒冷地带）使用的发电机，其电机轴要求 具有较好的低温冲击韧性（-20°C冲击功> 27J)，以避免发生低温脆性断裂。
[0003] 目前制造该类电机轴的材质主要是34CrNiMo6和42CrMo。
[0004] 34CrNiMo6具有较高的强度，较好的韧性以及良好的淬透性能，其低温冲击韧性较 好,能够满足各种规格电机轴要求。但34CrNiMo6中Ni的含量较高，导致其生产成本较高。
[0005] 42CrMo的化学成分及重量百分比如下：碳0. 38?0. 45%，硅0. 17?0. 37%，锰 0? 50 ?0? 80%，铬 0? 90 ?L 20%，钥 0? 15 ?0? 25%，磷彡 0? 035%，硫彡 0? 035%，余量为铁和 不可避免的杂质。由于不含镍元素，42CrMo相对于34CrNiMo6而言成本较低。但是其低温 冲击韧性与34CrNiMo6相比有明显差距。
[0006] 中国专利文献CN101294261A公开了一种大型风电主轴用合金结构钢，该文献通 过在42CrM〇的基础上加入0. 30%的镍来提高低温冲击韧性。该文献的不足在于：（1)镍 的加入会导致生产成本增加；（2) 0. 30%的镍添加量对于钢的淬透性没有明显作用(通常需 要1%以上添加量)，因此，对于规格较大的电机轴（一般O > 150mm)，该合金结构钢只能满 足近表面（< 25. 4_)的低温冲击韧性要求，无法满足电机轴1/2半径处的低温冲击韧性要 求。
[0007] 中国专利文献CN102041456A公开了一种风电主轴用钢及其制造方法，该文献通 过在42CrM〇的基础上加入适当的微合金化元素 Zr、B、Ti以提高钢的淬透性和低温韧性，并 且在制造过程中通过两次细化处理保证最终的性能要求。该文献的不足在于：虽然能够满 足较大规格电机轴1/2半径处的低温冲击韧性要求，但是合金的加入同样导致生产成本较 高，而且两次细化处理使得工艺较为复杂，不适合工业化大规模生产。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于解决现有技术中常规的42CrMo无法满足较大规格电机轴1/2 半径处-20°C冲击功3 27J的要求以及改进的42CrM〇生产成本较高、工艺复杂、不适合工业 化大规模生产等技术问题，提供一种生成成本较低、工艺简单、适合工业化大规模生产的高 寒地带电机轴用合金钢的制造方法。
[0009] 实现本发明目的的技术方案是：一种高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，该合 金钢的材质为42CrMo,包括冶炼和锻造辊坯、调质淬火处理以及回火处理。
[0010] 42CrMo常规热处理工艺见图1，其调质淬火温度为840°C?860°C，并且采用油冷。
[0011] 但是， 申请人:发现，在840°C?860°C的温度下进行调质淬火处理将会使晶粒变得 粗大，从而导致韧性降低。 申请人:经过大量实验发现将调质淬火温度降至790?810°C，优 选800°C，则可以获得细小的晶粒，同时将调质淬火时间由常规的10?15h延长至20? 30h，优选25h，则可以促使铁素体向奥氏体转变，使得奥化更为充分，从而改善低温冲击韧 性。
[0012] 另外， 申请人:还发现，采用油冷获得的是以粒状贝氏体为主的显微组织，其韧性较 差，难以满足低温冲击韧性的要求；而采用水冷虽然可以获得回火后强度和韧性较好的马 氏体和下贝氏体组织，但是由于调质淬火温度只有790°c?810°C，温度较低，采用水冷则 很容易全部冷透，从而导致开裂。因此，本发明采用冷却速度介于油与水之间的聚乙烯吡咯 烷酮水溶液作为冷却介质，这样既能够保证冷却到下贝氏体转变温度，从而获得细小的马 氏体和下贝氏体的组织，以使回火处理后获得良好的强度和韧性，同时又不至于全部冷透， 避免开裂。具体的冷却时间则根据规格大小而定。
[0013] 所述回火处理的温度为610?630°C，优选620°C ;时间为15?25h，优选20h。
[0014] 本发明的42CrMo热处理工艺见图2。
[0015] 本发明具有的积极效果：本发明通过对常规42CrMo材质进行特殊的热处理，即降 低调质淬火温度以及采用聚乙烯吡咯烷酮水溶液作为冷却介质，这样能够制得近表面以及 1/2半径处均能够满足-20°C冲击功> 27J的较大规格电机轴，相比于现有技术通过添加价 格较高的微合金化元素而言，大大降低了生产成本，而且工艺简单，适合于工业化大规模生 产。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为42CrMo常规热处理工艺。
[0017] 图2为本发明的42CrMo热处理工艺。
【具体实施方式】
[0018] (实施例1) 本实施例为〇210mm*2955mm规格的高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，包括： ①按照常规工艺冶炼和锻造42CrM〇材质辊坯。
[0019] ②将辊坯粗加工后，加热至800°C保温25h进行调质淬火处理，然后用聚乙烯吡咯 烷酮（PVP)水溶液冷却。
[0020] ③将调质淬火处理后的辊坯加热至620°C进行回火处理，保温20h后空冷。
[0021] 测试该电机轴近表面以及1/2半径处-20°C冲击功，结果见表1。
[0022] (实施例2?实施例4) 各实施例与实施例1基本相同，不同之处见表1。
[0023] 表 1
【权利要求】
1. 一种高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，该合金钢的材质为42CrMo,包括冶炼和 锻造辊坯、调质淬火处理以及回火处理；其特征在于：所述调质淬火处理的温度为790? 810°C，时间为20?30h ;调质淬火处理后采用的冷却介质为聚乙烯吡咯烷酮水溶液。
2. 根据权利要求1所述的高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，其特征在于：所述调 质淬火处理的温度为800°C，时间为25h。
3. 根据权利要求1或2所述的高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，其特征在于：所 述回火处理的温度为610?630°C，时间为15?25h。
4. 根据权利要求3所述的高寒地带电机轴用合金钢的制造方法，其特征在于：所述回 火处理的温度为620°C，时间为20h。
【文档编号】C21D6/00GK104451046SQ201410838091
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】王永, 胡现龙, 陈伟, 许强, 王静妹 申请人:宝钢轧辊科技有限责任公司