10.9级大规格风电螺栓热处理工艺研究

10.9级大规格风电螺栓热处理工艺研究

摘要：大规格风电螺栓要求具有很高的强度、良好的塑性和韧性指标，常规调质处理热处理手段很难达到要求，通过调整热处理工艺及设备改进圆满的解决了大规格风电螺栓高强度和高的低温冲击韧性的矛盾，并得出了最佳工艺方案，为解决生产中类似问题提供借鉴。关键词：42crmoa钢；风电螺栓；水溶性淬火液；低温冲击性

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

1风电螺栓的要求

风电螺栓需要很高的抗拉强度、高的屈服强度和良好的低温冲击韧性。 42crmoa钢是一种中碳高强度合金结构钢，在调质状态下能够满足上述要求。我公司大量采用42crmoa钢来生产m36以上的大规格10.9级(hrc33~39)风电螺栓，其化学成分范围见表1，主要机械性能要求见表2。其制造流程为：下料-锻造-粗加工-热处理-做纵向力学性能，探伤-合格后转精加工。虽然42crmoa钢风电螺栓性能要求较普通钢结构高强度螺栓高，但主要难题是在连续大批量生产时，在满足高抗拉强度和屈服强度的基础上，同时具有良好的低温冲击韧性(试样尺寸：10*10*55mm，akv2.00mm)。

表142crmo钢化学成分%

表210.9级风电螺栓机械性能要求

我公司采用苏州新凌无马弗罐托辊式保护气氛网带炉，经检验无脱碳增碳，螺栓规格：m48mm*240mm，其机械性能见表3。在实际的生产过程中发现在满足高抗拉强度和屈服强度的同时，其低温冲击吸收功往往只有10到20j之间，而客户把零下45摄氏度时的冲击吸收功大于27j的性能要求作为重点质量把关。所以按原工艺，满足了低温冲击性能，就往往导致抗拉强度或屈服强度又不合格。原两次热处理工艺方案如下：一次处理方案：1、保温温度为860℃，保温75 min，淬10#机械油，520℃回火，保温150 min，水冷

二次处理方案：2、保温温度为860℃，保温75 min，淬10#机械油，540℃回火，保温150 min，水冷

表3m48螺栓的原热处理工艺及主要机械性能

为了满足风电螺栓工艺要求，经过对热处理工艺的认真分析研究，首先对现有的生产设备进行改造，然后调整热处理工艺，最终达到了客户所需的要求，具体机械性能如表3。具体设备改造内容如下：1.首先，把炉子的总功率由原来的500kw提高到650kw，以提高单位功率。

2.其次，油槽加装三翼螺旋桨搅拌器：1.5kw，直径250mm，420r/min，加强淬火介质搅拌与循环，均匀淬火介质温度。

3.最后，由于油槽热电偶的位置问题，导致显示的油槽上面油温和

下面的有一定差距，所以油温控制也由原来的60-80度改为20到40度，

4.淬火介质由原来的10#机油改为好富顿快速淬火油，

对设备进行改造同时，对工艺进行了调整，具体改进工艺方案如下：改进热处理方案：保温温度为860℃，保温75 min，淬“好富顿”超快速油，540℃回火，保温150分钟，水冷。

3. 大于m48mm风电螺栓热处理工艺研究

对于大于m48mm的系列大规格螺栓（例如m56系列的），采用三种不同热处理工艺方案，机械性能有一定差距，一次方案不能满足客户需求，二次工艺方案能够满足要求，改进方案则加热速度快，时间短，效率高，表面氧化少，螺栓奥氏体晶粒细，淬火后获得的马氏体组织也非常细（4到6级），机械性能更加优良，具体热处理性能如表4。三次具体热处理方案如下：

一次热处理方案：1、保温温度为860℃，保温90min，淬“好富顿”超快速油，520～540℃回火，保温150～180min，水冷；

二次热处理方案：2、保温温度为860℃，保温90min，水转油，520～540℃回火，保温150～180min，水冷；

改进热处理方案：中频调质淬火（中频设备：1040~1070hz，

250kw,180~300a，中频电压790v，功率供给100~150kw），保温240到270秒(相当于加热温度860~870℃)，淬5~6%pqg水溶性淬火介质，520～540℃回火，保温150～180min，水冷。

表4m56螺栓的三种热处理工艺及其机械性能对比

4结论

由于风电行业迅猛发展，对于风电螺栓的需求越来越多，性能要求也越来越高，在满足高抗拉强度和屈服强度的基础上，同时具有良好的低温冲击韧性，为了满足客户要求，我公司在大规格风电螺栓规格生产工艺进行调整，在生产大规格风电螺栓上得出最佳工艺方案：

对于m36到m48风电螺栓热处理工艺：860℃，保温75min，淬“好富顿”超快速油，540℃回火，保温150min，水冷。

对于m48以上风电螺栓热处理工艺：中频淬火，保温240到270秒，淬5~6%pqg水溶性淬火介质，520～540℃回火，保温150～180min，水冷。

本文第一作者为张秀玉，助理工程师。