一种风电用齿圈锻件的生产方法与流程

本发明涉及齿圈锻件，具体涉及一种风电用齿圈锻件的生产方法。

背景技术：

1、风电大内齿圈的作用不仅包括传递动力，还用以改变转速和回转方向。内齿圈的性能要求包括：材料组织结构致密形高，具有优良的耐磨性、抗疲劳强度和低温冲击韧性。

2、传统生产中风电齿圈采用模铸钢坯为原料。模铸钢锭满足大型材生产对致密度的高要求，并能提供高屈服强度和冲击功，但其缺陷在于：钢锭越大，冒口端与水口端的原材料成分差异越大，例如碳重量百分比差异大。经过锻造和锻后热处理，原材料成分差异最终导致法兰产品局部硬度差异。一般情况下，金属材料的硬度与耐磨性呈正相关。采用连铸圆坯替代模铸钢坯存在以下阻碍：连铸圆坯的凝固方式决定了其中容易出现影响锻件性能的中心偏析、疏松和缩孔等内部缺陷，尤其是长度约为直径两倍以上的大尺寸连铸圆坯中，因为锭的尺寸越大，锭中的缺陷就越严重，锻造就越难改善缺陷，从而增加锻造的难度。

3、齿圈锻造原料的牌号为42crmo，cn114289675a中公开了相似元素组成的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其中单次镦粗和拔长的锻比不小于1:2且不大于2.5:1，用于连铸坯中会导致锻件变形过大，失去一些原本应有的力学性能，如低温韧性。另外，正火的冷却方式为风冷，虽未具体说明降温速率，但强制风冷会导致齿圈内组织分布差异，进而对齿圈的奥氏体平均晶粒度产生不利影响。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种风电用齿圈锻件的生产方法，采用连铸圆坯作为锻造坯料，通过控制控制元素偏析，使铸态组织容易被打碎，内部缺陷容易锻合，圆坯的元素组成利于齿圈晶粒的细化。

2、为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种风电用齿圈锻件的生产方法，以42crmo的连铸圆坯为坯料，依次包括锻造工序和锻后正火处理工序，所述锻造工序包括镦拔、冲孔、修整成型、马杠扩孔、辗环步骤；

3、按重量百分比计，所述连铸圆坯的元素组成为：

4、c：0.42％～0.45％、si：0.25％～0.35％、mn：0.8％～0.9％、cr：1.1％～1.2％、mo：0.2％～0.25％、al：0.02％～0.04％、p：≤0.02％、s：≤0.015％、cu：≤0.2％、h：≤2ppm、o：≤20ppm、ti：≤80ppm、ca：≤10ppm、as+sn+pb+sb+bi：≤0.035％、sn：≤100ppm、pb：≤100ppm、bi：≤100ppm、sb：≤30ppm、as：≤150ppm，余量为fe。

5、优选的技术方案为，锻造步骤包括交替进行的n次镦粗和n+1次拔长；n为3或4；

6、以镦粗前后的锻件长度比值为单次镦粗锻造比计，n次镦粗的镦粗锻造比之和为6.2～7.1。进一步的，n次镦粗的镦粗锻造比之和为6.5～7.0。n次镦粗的镦粗锻造比之和又称为总镦锻造比。

7、具体的，n次镦粗的镦粗锻造比之和为6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1点值以及以上述两个数值作为最大值和最小值的区间。

8、优选的技术方案为，冲孔步骤为毛坯的中心冲孔，孔直径与孔径向坯料直径的比值为(0.26～0.34)：1。进一步的，孔直径与孔径向坯料直径的比值为(0.28～0.32)：1。具体的，孔直径与孔径向坯料直径的比值为0.26:1、0.27:1、0.28:1、0.29:1、0.30:1、0.31:1、0.32:1、0.33:1、0.34:1点值以及以上述两个数值作为最大值和最小值的区间。

9、优选的技术方案为，所述n为4；

10、第一次镦粗的镦粗锻造比为1.63～1.86；

11、第二次镦粗的镦粗锻造比为1.58～1.82；

12、第三次镦粗的镦粗锻造比为1.48～1.71；

13、第四次镦粗的镦粗锻造比为1.71～1.95。

14、进一步的，第一次镦粗的镦粗锻造比为1.69～1.79；第二次镦粗的镦粗锻造比为1.65～1.75；第三次镦粗的镦粗锻造比为1.55～1.65；第四次镦粗的镦粗锻造比为1.77～1.86。

15、优选的技术方案为，以拔长前后的锻件长度比值为单次拔长锻造比计，

16、第一次拔长的拔长锻造比为0.65～0.89；

17、第二次拔长的拔长锻造比为0.51～0.75；

18、第三次的拔长锻造比均为0.55～0.79。

19、进一步的，第一次拔长的拔长锻造比为0.71～0.80；第二次拔长的拔长锻造比为0.58～0.66；第三次的拔长锻造比均为0.62～0.70。

20、优选的技术方案为，所述坯料的直径为860～940mm；所述齿圈的内径为2000～2350mm，内径和外径之差为410～460mm。进一步的，所述坯料的直径为880～920mm；所述齿圈的内径为2150～2320mm，内径和外径之差为410～445mm。

21、优选的技术方案为，所述锻造工序的锻件温度为1220～850℃，所述锻造工序采用三火次锻造成型，加热时间分别为镦拔步骤前、修整成型和马杠扩孔步骤之间以及马杠扩孔和辗环步骤之间。

22、优选的技术方案为，所述正火处理包括：

23、锻件装炉后升温至900±20℃，按有效厚度0.7～1.0h/25mm确定保温时长，第一段空冷至700±40℃后转入炉冷，炉冷时长不小于6h至620±40℃，然后转入第二段空冷。

24、进一步的，锻件装炉后升温至900±10℃，按有效厚度0.7～1.0h/25mm确定保温时长，第一段空冷至700±30℃后转入炉冷，炉冷时长不小于6h至620±20℃，然后转入第二段空冷。

25、优选的技术方案为，马杠扩孔前后毛坯的外径之比为1：(2.07～2.2)，内径之比为1：(1.92～2.15)。

26、进一步的，马杠扩孔前后毛坯的外径之比为1：(2.09～2.16)，内径之比为1：(1.97～2.08)。

27、具体的，马杠扩孔前后毛坯的外径之比为1：2.07、1：2.1、1：2.13、1：2.15、1：2.17、1：2.19、1：2.2点值以及以上述两个数值作为最大值和最小值的区间。马杠扩孔前后毛坯的内径之比为1：1.92、1：1.95、1：1.97、1：2、1：2.03、1：2.05、1：2.07、1：2.1、1：2.12、1：2.15点值以及以上述两个数值作为最大值和最小值的区间。

28、优选的技术方案为，马杠扩孔和辗环步骤之间的火次回炉加热保温时间为3～5h，锻件加热至1140～1190℃；进一步的，为4～5h，更进一步的，马杠扩孔和辗环步骤之间的火次回炉加热至1150～1180℃。

29、本发明的优点和有益效果在于：

30、该大型风电齿轮箱齿圈采用大直径连铸圆坯作为锻造坯料，除对cu、h、o、ca等以及常规的六大残余元素的各自重量百分比以及重量百分比之和限定外，提升主要元素c、si、mn、cr、mo的下限值，一定程度上减小p、s等元素的上限值，减小合金中的元素偏析，使得连铸圆坯的铸态组织容易被破碎、内部缺陷容易锻合；

31、明确al和ti两种金属元素含量，连铸圆坯中优选重量百分比的al和ti有助于在锻造和正火工序中细化晶粒，减少枝晶偏析，提升材料的致密性以及齿圈产品的强度。