本發(fā)明涉及風(fēng)電機組，具體涉及提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法。
背景技術(shù)：
1、隨著全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)向大型化、海上化方向快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組單機容量持續(xù)提升，風(fēng)電主軸作為傳遞葉片風(fēng)載的核心承重部件，其服役工況日趨嚴(yán)苛。主軸在運行過程中承受復(fù)雜的交變載荷和多軸應(yīng)力，其決定了風(fēng)電機組的可靠性與使用壽命。
2、國內(nèi)外研究與實踐表明，風(fēng)電主軸性能的提升主要依靠材料體系的優(yōu)化、純凈度的控制以及熱處理工藝的精細(xì)調(diào)控。國外領(lǐng)先企業(yè)在超高純凈度冶煉、微合金化設(shè)計、析出強化機制及工藝仿真等領(lǐng)域積累深厚，通過真空脫氣、電渣重熔等技術(shù)降低有害元素含量，減少非金屬夾雜物引發(fā)的疲勞裂紋源；同時添加釩、鈮、鈦等微合金元素，利用碳氮化物析出效應(yīng)實現(xiàn)細(xì)晶強化和析出強化。在微觀組織層面，追求高比例下貝氏體、回火索氏體等強韌型組織，并通過熱力學(xué)模擬精確控制相變過程。然而，微米級夾雜物在主軸心部區(qū)域的偏聚問題突出，夾雜物密度沿軸向分布不均，其數(shù)量增加會降低材料的延伸率和抗拉強度，其次，42crmo4鋼風(fēng)電主軸在淬火處理過程中存在開裂風(fēng)險。
3、海上風(fēng)電主軸軸承需滿足在重變載、高低溫、腐蝕、輻射等極端工況下服役25年以上的苛刻要求，因此，針對現(xiàn)有的空心主軸鋼材還有進(jìn)一步的改善空間。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于，克服背景技術(shù)的所述不足至少其中之一。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下。
3、第一方面的，本發(fā)明提供一種提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，所述主軸鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括：
4、c：0.38～0.45%；si：0.20～0.40%；mn：0.50～0.80%；cr：0.90～1.20%；mo：0.15～0.25%；ni：0.40～0.60%；cu：≤0.05%；p：≤0.010%；s：≤0.002%；o：≤0.0015%；n：≤0.006%；h：≤0.0002%；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)；
5、所述主軸鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其微觀組織中奧氏體晶粒度達(dá)到8級以上，且非金屬夾雜物級別滿足：a類細(xì)系≤0.5級、d類細(xì)系≤0.5級、d類粗系≤0.5級，其余各類夾雜物均≤0級；
6、所述主軸鋼的化學(xué)成分按gb/t?4336-2016測定，其中，o、n、h分別按gb/t?11261-2006、gb/t?20124-2006、gb/t?223.82-2018測定，晶粒度按gb/t?6394-2017測定，夾雜物按gb/t?10561-2005評定。
7、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主軸鋼依據(jù)gb/t?228.1-2021測定的室溫力學(xué)性能滿足：
8、規(guī)定塑性延伸強度rp0.2?≥?750?mpa，
9、抗拉強度rm?≥?900?mpa，
10、斷后伸長率a?≥?16.0%，
11、斷面收縮率z?≥?58%。
12、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主軸鋼按gb/t?229-2020測定的低溫沖擊韌性滿足：
13、-20℃沖擊吸收能量≥?160?j，
14、-30℃沖擊吸收能量≥?165?j，
15、-40℃沖擊吸收能量≥?150?j。
16、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主軸鋼按gb/t?229-2020測定的室溫沖擊韌性滿足：
17、室溫沖擊吸收能量≥?170?j。
18、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主軸鋼按gb/t?8650-2015測定的抗氫致開裂性能滿足：
19、在a溶液中浸泡后，裂紋長度率clr平均值?≤?0.5%，
20、裂紋厚度率ctr平均值?≤?0.15%，
21、裂紋敏感率csr平均值?≤?0.001%。
22、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主軸鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其金相組織達(dá)到gb/t?13320-2007規(guī)定的1級索氏體組織。
23、第二方面的，本發(fā)明提供上述主軸鋼的調(diào)質(zhì)方法，包括以下步驟：
24、s1、將鍛造后的主軸鋼進(jìn)行預(yù)先正火，加熱至880～900℃保溫3～5小時，隨后空冷至室溫；
25、s2、將主軸鋼裝入熱處理爐，以≤80℃/h的速率加熱至840～860℃，保溫時間按壁厚1.5～2.0?min/mm計算；
26、s3、保溫結(jié)束后，將主軸鋼出爐并在空氣中預(yù)冷，預(yù)冷終止溫度為790～810℃，預(yù)冷時間控制在8～15?min；
27、s4、將預(yù)冷后的主軸鋼迅速轉(zhuǎn)入淬火介質(zhì)中進(jìn)行分級冷卻，
28、s5、將淬火后的主軸鋼回火，加熱至590～620℃，保溫時間按有效厚度3.0～4.0min/mm計算，保溫結(jié)束后空冷至室溫。
29、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述s4中，淬火介質(zhì)為pag聚合物淬火液，具體步驟包括有：
30、s41、淬火液初始溫度控制在20～30℃，工件浸入后開啟全頻攪拌，冷卻時間按8～10?min/每100mm有效厚度控制；
31、s42、關(guān)閉攪拌器，使工件在靜態(tài)淬火液中停留3～5?min；
32、s43、重新開啟攪拌器，繼續(xù)冷卻至工件表面溫度≤100℃，總淬火時間按12～15min/每100mm有效厚度控制；
33、s44、淬火過程中通過換熱系統(tǒng)維持淬火液溫度在20～40℃。
34、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在s42步驟關(guān)閉攪拌器使工件在靜態(tài)淬火液中停留期間，向淬火液中同步注入壓縮空氣，氣源壓力控制在0.3～0.5?mpa，通氣時間2～4?min，在工件表面形成微氣泡層。
35、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，s5中，當(dāng)爐溫升至400～450℃時，向爐內(nèi)脈沖式注入氮氣-乙醇-二甲基二硫混合氣氛，氮氣、乙醇與二甲基二硫的體積比為100:10:1～100:15:2，脈沖周期為15?min/次，每次持續(xù)3～5?min。
36、本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：以42crmo4為基礎(chǔ)，通過提高ni含量改善低溫韌性，將p、s及氣體元素控制在較低水平，減少非金屬夾雜物對基體的影響。調(diào)質(zhì)方法包括正火預(yù)處理、奧氏體化加熱、預(yù)冷處理、pag淬火液分級冷卻和回火。回火加熱向爐內(nèi)脈沖式注入氮氣-乙醇-二甲基二硫混合氣氛，二甲基二硫在高溫下分解產(chǎn)生活性硫原子，與鋼中mn元素反應(yīng)，在表層微區(qū)原位形成彌散分布的mns納米析出相。該析出相釘扎晶界與位錯，可進(jìn)一步提高屈服強度，表面同時形成自潤滑層。
37、本發(fā)明所示的主軸鋼室溫力學(xué)性能滿足：規(guī)定塑性延伸強度rp0.2?≥750?mpa，抗拉強度rm?≥900?mpa，斷后伸長率a?≥16.0%，斷面收縮率z?≥58%。抗氫致開裂性能優(yōu)異，滿足海上大兆瓦風(fēng)機在復(fù)雜工況下長期服役的需求。
1.一種提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，其特征在于，所述主軸鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，其特征在于，所述主軸鋼依據(jù)gb/t?228.1-2021測定的室溫力學(xué)性能滿足：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，其特征在于，所述主軸鋼按gb/t?229-2020測定的低溫沖擊韌性滿足：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，其特征在于，所述主軸鋼按gb/t?229-2020測定的室溫沖擊韌性滿足：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，其特征在于，所述主軸鋼按gb/t?8650-2015測定的抗氫致開裂性能滿足：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，其特征在于，所述主軸鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其金相組織達(dá)到gb/t?13320-2007規(guī)定的1級索氏體組織。
7.一種提升風(fēng)電主軸屈服強度的工藝方法，用于處理權(quán)利要求1至6中任一項所述的主軸鋼，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝方法，其特征在于，所述s4中，淬火介質(zhì)為pag聚合物淬火液，具體步驟包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工藝方法，其特征在于，在s42步驟關(guān)閉攪拌器使工件在靜態(tài)淬火液中停留期間，向淬火液中同步注入壓縮空氣，氣源壓力控制在0.3～0.5?mpa，通氣時間2～4?min，在工件表面形成微氣泡層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝方法，其特征在于，s5中，當(dāng)爐溫升至400～450℃時，向爐內(nèi)脈沖式注入氮氣-乙醇-二甲基二硫混合氣氛，氮氣、乙醇與二甲基二硫的體積比為100:10:1～100:15:2，脈沖周期為15?min/次，每次持續(xù)3～5?min。