高寒地带电机轴用合金钢的制造方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术通过对常规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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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℃冲击功≥27J），以避免发生低温脆性断裂。目前制造该类电机轴的材质主要是34CrNiMo6和42CrMo。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。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0.90～1.20%，钼0.15～0.25%，磷≤0.035%，硫≤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。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42CrMo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Φ＞150mm），该合金结构钢只能满足近表面（＜25.4mm）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。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42CrMo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。
技术实现思路
本专利技术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℃冲击功≥27J的要求以及改进的42CrMo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。实现本专利技术目的的技术方案是：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。42CrMo常规热处理工艺见图1，其调质淬火温度为840℃～860℃，并且采用油冷。但是，申请人发现，在840℃～860℃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℃，优选800℃，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。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℃～810℃，温度较低，采用水冷则很容易全部冷透，从而导致开裂。因此，本专利技术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。所述回火处理的温度为610～630℃，优选620℃；时间为15～25h，优选20h。本专利技术的42CrMo热处理工艺见图2。本专利技术具有的积极效果：本专利技术通过对常规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。附图说明图1为42CrMo常规热处理工艺。图2为本专利技术的42CrMo热处理工艺。具体实施方式（实施例1）本实施例为Φ210mm*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42CrMo材质辊坯。②将辊坯粗加工后，加热至800℃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。③将调质淬火处理后的辊坯加热至620℃进行回火处理，保温20h后空冷。测试该电机轴近表面以及1/2半径处-20℃冲击功，结果见表1。（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。表1 实施例1实施例2实施例3实施例4淬火温度800℃810℃800℃790℃淬火时间25h20h25h30h电机轴规格Φ210mm*2955mmΦ210mm*2955mmΦ288mm*2714.5mmΦ288mm*2714.5mm近表面-20℃冲击功50J44J46J45J1/2半径处-20℃冲击功47J40J43J41J（对比例1～对比例5）各对比例与实施例1基本相同，不同之处见表2。表2 对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5淬火温度800℃800℃850℃850℃850℃淬火时间25h25h13h13h13h冷却介质油水油水PVP电机轴直径Φ210mmΦ210mmΦ210mmΦ210mmΦ210mm近表面-20℃冲击功28J47J25J27J30J1/2半径处-20℃冲击功10J31J8J20J22J虽然对比例2也能获得1/2半径处-20℃冲击功≥27J的较大规格电机轴，但是多次实验会发生开裂现象。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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℃，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。

【技术特征摘要】
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℃，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永，胡现龙，陈伟，许强，王静妹，
申请(专利权)人：宝钢轧辊科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32