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摘 要：42CrMo4连铸圆坯是风电用齿圈的主要材料，主要用于制作风电偏航、变桨内外轴承、风电变速箱用外齿圈。由于风电设备运行环境恶劣且安装维护不方便，设计寿命都要求20年以上，所以对42CrMo4材料的质量有较高要求。本文首先对42CrMo4连铸圆坯的生产技术要求进行分析，包括主要成分的含量、气体含量、表面质量、晶粒度以及内部质量等方面的要求。在此基础上，探讨风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的开发应用，具体分析其工艺流程和控制要点。
关键词：风电齿圈；42CrMo4连铸圆坯；开发应用
中图分类号：TF76 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0223-01
前 言
近年来，随着我国风电行业的快速发展，对风电装备的质量提升及成本控制要求也越来越严格，42CrMo4连铸圆坯具有低倍组织致密、纯净度高、成材率高等多方面的优点。使用42CrMo4连铸圆坯经锻造热处理后制作的风电齿圈探伤合格率高、抗疲劳性能好、成分偏析小、冲击韧性好等优势，并得到了广泛应用，有利于提高风电机组发电效率。对42CrMo4连铸圆坯的生产要求和开发工艺进行分析，促进42CrMo4连铸圆坯材料在风电装备上的应用。
1 风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的生产技术要求
在EN10083-3标准中对42CrMo4钢有明确的技术质量要求，为满足风电齿圈的可靠性、承载能力、耐低温冲击能力和寿命要求，在生产制造中必须严格遵守技术规范。42CrMo4连铸圆坯的生产技术要求主要包括以下几点内容：
（1）化学成分含量的控制要求，其中，C含量应为0.40～0.45%，Si含量应为0.17～0.37%，Mn含量应为0.60～0.90%，S含量应在0.010%范围内，P含量应在0.020%范围内[1]；
（2）钢中的氧含量、氮含量和氢含量要求，其中氧含量应在20ppm以内，氮含量应在100ppm以内，氢含量应在2.0ppm以内；
（3）表面质量要求，42CrMo4圆坯表面不得有肉眼可见的纵裂、结疤、气孔、重皮、夹杂、夹渣等缺陷。以下缺陷允许存在：深度小于1.5mm的机械划痕、压痕、凹沟；深度小于2mm的折皱、凹坑。圆坯表面缺陷允许清除，清除深度应不大于圆坯直径的4%，且最大清除深度不超过15mm；
（4）低倍组织缺陷控制要求，按照GB/T226方法进行酸浸检验，评级参照YB/T4149附录A，低倍组织上不允许存在肉眼可见的分层、夹杂和翻皮缺陷，中心疏松≤2.0级、中心裂纹≤1.5级、缩孔≤1.5级，中间裂纹、皮下裂纹、皮下气泡≤1.0级；
（5）成品的奥氏体晶粒度取样检测结果应在6级或以上，确保晶粒度细小均匀；
（6）内部质量控制要求，风电齿圈总压缩比要在6以上，热处理后内部缺陷检验要符合GB/T 6402标准，单个缺陷当量应不大于？准2mm，间距大于100mm，沿圆周方向缺陷数量不能超过四个；长条型缺陷的长度<20mm，沿圆周方向不超过2处，且当量小于？准1.0mm；不允许存在连续、密集型缺陷。
2 风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的开发应用
2.1 冶炼工艺
风电装备要求设计寿命在20年以上，从而要求风电齿圈具有较高的抗疲劳性能。在42CrMo4连铸圆坯生产冶炼过程中，钢的Ti含量要控制在标准要求范围内，Ti含量过高，与氮氧生成的TiO2等夹杂物，会对42CrMo4钢的疲劳寿命产生严重危害。在相同尺寸条件下，Ti化合物的危害作用还要高于Al2O3，特别是在电炉生产中，氮的含量较高，更要对Ti含量进行严格控制。在精炼过程中，应采用大渣量、高碱度造渣制度，降低溶解氧含量，同时对钢水进行真空脱气，提高钢水纯度。
2.2 连铸工艺
42CrMo4连铸过程中防止钢液受到二次污染，提升钢的洁净度，同时满足连铸坯内部组织致密，表面质量好。在连铸圆坯内部存在的质量缺陷主要为中心疏松、中心裂纹、缩孔。其中，中心裂纹、缩孔是由于连铸过程补缩来不及造成的中心缺陷。低过热度浇注是解决其内部缺陷的关键，过热度应控制在15～35℃范围以内，在一个浇注周期内，中间包钢水温度的波动应小于20℃。此外，采用电磁搅拌可避免凝固前沿的树枝晶搭桥，降低中心疏松程度，减轻铸坯中心偏析。在连铸工艺中，应稳定浇注条件，对中间包液面高度进行有效控制，做到恒液面、恒拉速和恒温控制。此外，应采取缓冷工艺消除铸坯的组织应力和热应力，并使钢中氢充分扩散。500～700℃是去氢的有效温度范围，可以防止白点生成，防止出现内部裂纹，提高后续环锻件的探伤合格率。
2.3 应用效果
按照上述工艺要求和工艺控制措施，采用42CrMo4连铸圆坯制造风机齿圈，主要工艺流程包括下料、加热炉加热、墩拔、中心冲孔、碾环、热处理、粗加工、探伤、精加工和成品。对成品齿圈进行取样检测，按照GB/T 10561的A法评级，42CrMo4齿圈的夹杂物含量均符合标准要求，奥氏体晶粒度为7级，齿圈全截面偏析小。在低温性能检测中，-40℃冲击平均值为55～71J，最小为值49J，也符合标准要求。超聲波探伤结果显示，产品合格率高达99.7%，完全符合用户使用要求。使用42CrMo4连铸圆坯加工制造的风电齿圈各方面性能优良，使用安全性和可靠性均较高。
3 结束语
综上所述，通过对风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的工艺要求进行分析，其生产制造工艺有较高要求，对其生产过程工艺控制要点进行分析，确保锻造出来的42CrMo4风电齿圈具有较高的性能质量指标。在此基础上，对冶炼工艺和连铸工艺进行合理控制，并采用相关标准检测方法进行检测，为风电齿圈的质量提供保障，确保符合客户的产品质量要求。
参考文献
[1]王松林，任秀凤，张永庆，刘守峰，银 伟，王 聪.42CrMo4钢锻辗齿圈的调质处理[J].大型铸锻件，2014（06）：21～26.
收稿日期：2018-4-24
关键词：风电齿圈；42CrMo4连铸圆坯；开发应用
中图分类号：TF76 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0223-01
前 言
近年来，随着我国风电行业的快速发展，对风电装备的质量提升及成本控制要求也越来越严格，42CrMo4连铸圆坯具有低倍组织致密、纯净度高、成材率高等多方面的优点。使用42CrMo4连铸圆坯经锻造热处理后制作的风电齿圈探伤合格率高、抗疲劳性能好、成分偏析小、冲击韧性好等优势，并得到了广泛应用，有利于提高风电机组发电效率。对42CrMo4连铸圆坯的生产要求和开发工艺进行分析，促进42CrMo4连铸圆坯材料在风电装备上的应用。
1 风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的生产技术要求
在EN10083-3标准中对42CrMo4钢有明确的技术质量要求，为满足风电齿圈的可靠性、承载能力、耐低温冲击能力和寿命要求，在生产制造中必须严格遵守技术规范。42CrMo4连铸圆坯的生产技术要求主要包括以下几点内容：
（1）化学成分含量的控制要求，其中，C含量应为0.40～0.45%，Si含量应为0.17～0.37%，Mn含量应为0.60～0.90%，S含量应在0.010%范围内，P含量应在0.020%范围内[1]；
（2）钢中的氧含量、氮含量和氢含量要求，其中氧含量应在20ppm以内，氮含量应在100ppm以内，氢含量应在2.0ppm以内；
（3）表面质量要求，42CrMo4圆坯表面不得有肉眼可见的纵裂、结疤、气孔、重皮、夹杂、夹渣等缺陷。以下缺陷允许存在：深度小于1.5mm的机械划痕、压痕、凹沟；深度小于2mm的折皱、凹坑。圆坯表面缺陷允许清除，清除深度应不大于圆坯直径的4%，且最大清除深度不超过15mm；
（4）低倍组织缺陷控制要求，按照GB/T226方法进行酸浸检验，评级参照YB/T4149附录A，低倍组织上不允许存在肉眼可见的分层、夹杂和翻皮缺陷，中心疏松≤2.0级、中心裂纹≤1.5级、缩孔≤1.5级，中间裂纹、皮下裂纹、皮下气泡≤1.0级；
（5）成品的奥氏体晶粒度取样检测结果应在6级或以上，确保晶粒度细小均匀；
（6）内部质量控制要求，风电齿圈总压缩比要在6以上，热处理后内部缺陷检验要符合GB/T 6402标准，单个缺陷当量应不大于？准2mm，间距大于100mm，沿圆周方向缺陷数量不能超过四个；长条型缺陷的长度<20mm，沿圆周方向不超过2处，且当量小于？准1.0mm；不允许存在连续、密集型缺陷。
2 风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的开发应用
2.1 冶炼工艺
风电装备要求设计寿命在20年以上，从而要求风电齿圈具有较高的抗疲劳性能。在42CrMo4连铸圆坯生产冶炼过程中，钢的Ti含量要控制在标准要求范围内，Ti含量过高，与氮氧生成的TiO2等夹杂物，会对42CrMo4钢的疲劳寿命产生严重危害。在相同尺寸条件下，Ti化合物的危害作用还要高于Al2O3，特别是在电炉生产中，氮的含量较高，更要对Ti含量进行严格控制。在精炼过程中，应采用大渣量、高碱度造渣制度，降低溶解氧含量，同时对钢水进行真空脱气，提高钢水纯度。
2.2 连铸工艺
42CrMo4连铸过程中防止钢液受到二次污染，提升钢的洁净度，同时满足连铸坯内部组织致密，表面质量好。在连铸圆坯内部存在的质量缺陷主要为中心疏松、中心裂纹、缩孔。其中，中心裂纹、缩孔是由于连铸过程补缩来不及造成的中心缺陷。低过热度浇注是解决其内部缺陷的关键，过热度应控制在15～35℃范围以内，在一个浇注周期内，中间包钢水温度的波动应小于20℃。此外，采用电磁搅拌可避免凝固前沿的树枝晶搭桥，降低中心疏松程度，减轻铸坯中心偏析。在连铸工艺中，应稳定浇注条件，对中间包液面高度进行有效控制，做到恒液面、恒拉速和恒温控制。此外，应采取缓冷工艺消除铸坯的组织应力和热应力，并使钢中氢充分扩散。500～700℃是去氢的有效温度范围，可以防止白点生成，防止出现内部裂纹，提高后续环锻件的探伤合格率。
2.3 应用效果
按照上述工艺要求和工艺控制措施，采用42CrMo4连铸圆坯制造风机齿圈，主要工艺流程包括下料、加热炉加热、墩拔、中心冲孔、碾环、热处理、粗加工、探伤、精加工和成品。对成品齿圈进行取样检测，按照GB/T 10561的A法评级，42CrMo4齿圈的夹杂物含量均符合标准要求，奥氏体晶粒度为7级，齿圈全截面偏析小。在低温性能检测中，-40℃冲击平均值为55～71J，最小为值49J，也符合标准要求。超聲波探伤结果显示，产品合格率高达99.7%，完全符合用户使用要求。使用42CrMo4连铸圆坯加工制造的风电齿圈各方面性能优良，使用安全性和可靠性均较高。
3 结束语
综上所述，通过对风电齿圈用42CrMo4连铸圆坯的工艺要求进行分析，其生产制造工艺有较高要求，对其生产过程工艺控制要点进行分析，确保锻造出来的42CrMo4风电齿圈具有较高的性能质量指标。在此基础上，对冶炼工艺和连铸工艺进行合理控制，并采用相关标准检测方法进行检测，为风电齿圈的质量提供保障，确保符合客户的产品质量要求。
参考文献
[1]王松林，任秀凤，张永庆，刘守峰，银 伟，王 聪.42CrMo4钢锻辗齿圈的调质处理[J].大型铸锻件，2014（06）：21～26.
收稿日期：2018-4-24