本发明公开了一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法。该齿圈锻件的制造方法有设置工艺控制阈值、坯料镦拔变形、冲孔与扩孔加工、辗环成形、锻后缓冷处理、正火与回火处理、调质处理等步骤。本发明公开的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法通过合理设定工艺控制阈值即镦粗锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值等，确保齿圈锻造成形后其内部充分锻透；通过合理设定正火与回火处理的奥氏体化参数及正火时的冷却方式，能够在调质处理前使齿圈内部显微组织均匀化、奥氏体晶粒细化；通过合理设定调质处理的奥氏体化参数、淬火冷却控制及回火工

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114289675 A (43)申请公布日 2022.04.08 (21)申请号 9.6 C22C 38/04 (2006.01) C22C 38/22 (2006.01) (22)申请日 2021.11.30 C22C 38/28 (2006.01) (71)申请人 伊莱特能源装备股份有限公司 C22C 38/20 (2006.01) 地址 250000 山东省济南市章丘区官庄街 C22C 38/60 (2006.01) 道办事处济王路9001号 (72)发明人 牛余刚牛余兵尚贺军赵丽美 赵兴明高宁赵峰臧超 (74)专利代理机构 济南千慧专利事务所(普通 合伙企业) 37232 代理人 傅静 (51)Int.Cl. B21K 1/76 (2006.01) B21H 1/06 (2006.01) C21D 9/32 (2006.01) C22C 38/02 (2006.01) 权利要求书3页 说明书11页 附图1页 (54)发明名称 一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法 (57)摘要 本发明公开了一种风电增速箱用齿圈锻件 的制造方法。该齿圈锻件的制造方法有设置工 艺控制阈值、坯料镦拔变形、冲孔与扩孔加工、辗 环成形、锻后缓冷处理、正火与回火处理、调质处 理等步骤。本发明公开的风电增速箱用齿圈锻件 的制造方法通过合理设定工艺控制阈值即镦粗 锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值等， 确保齿圈锻造成形后其内部充分锻透；通过合理 设定正火与回火处理的奥氏体化参数及正火时 的冷却方式，能够在调质处理前使齿圈内部显微 组织均匀化、奥氏体晶粒细化；通过合理设定调 质处理的奥氏体化参数、淬火冷却控制及回火工 A 艺参数，能保证调质处理后齿圈锻件的力学性 5 达到较高水准，满足风电增速箱的服役环境及寿 7 6 9 命要求。 8 2 4 1 1 N C CN 114289675 A 权利要求书 1/3页 1.一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，包括下述步骤： 步骤(1)基于待制得齿圈的尺寸及重量，预设置工艺控制阈值，其中,所述工艺控制阈 值至少包括：镦粗锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值及辗环轧制变形量阈值； 步骤(2)将坯料加热与保温处理，保温后根据预设置的镦粗锻比阈值对所述坯料 进行镦粗，和/或保温后根据预设置的拔长锻比阈值对所述坯料进行拔长，以制得变形坯； 步骤(3)将所述变形坯进行回炉加热与保温处理，保温后根据预设置的镦粗锻比阈值 对所述变形坯进行镦粗，对镦粗后的所述变形坯进行冲孔，以制得初锻坯，对初锻坯进行扩 孔，以制得环状坯，其中，所述初锻坯的尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值，所述环状坯 的尺寸符合预设置的辗环轧制变形量阈值； 步骤(4)将所述环状坯进行回炉加热与保温处理，将保温后的所述环状坯辗环成形，以 制得齿圈锻件，其中，所述步骤(4)中回炉加热的加热温度比所述步骤(3)中回炉加热的加 热温度降低30℃～50℃； 步骤(5)对所述齿圈锻件进行缓冷处理，其中，所述缓冷处理的时间至少为24h； 步骤(6)所述齿圈锻件冷却至室温后，对所述齿圈锻件进行正火与回火处理； 步骤(7)对正火与回火处理后的所述齿圈锻件进行调质处理。 2.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是： 所述镦粗锻比阈值为镦粗锻比不小于6:1； 所述拔长锻比阈值为拔长锻比不小于6:1； 所述辗环轧制锻比阈值为辗环轧制锻比不小于2:1； 所述辗环轧制变形量阈值为0.60～0.80，其中，所述辗环轧制变形量阈值为环件轴向 变形量与径向变形量之比； 其中，所述辗环轧制锻比的计算公式如下： 其中，S1为步骤(3)中冲孔加工后的所述初锻坯的横截面面积， S2为步骤(4)中辗环成形后的所述齿圈锻件的横截面面积。 3.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，所述步骤 (2)包括下述程序： 程序(1)将所述坯料加热与保温处理，保温温度为1230℃±20℃，保温时间基于所 述坯料的厚度按照1.5mm/min～3.0mm/min进行设定； 程序(2)对保温后的所述坯料进行多次镦粗，每次镦粗的镦粗锻比不小于2:1，且不大 于2.5:1，多次镦粗的总镦粗锻比不小于6:1；和/或 程序(3)对保温后的所述坯料进行多次拔长，每次拔长的拔长锻比不小于2:1，且不大 于2.5:1，多次拔长的总拔长锻比不小于6:1。 4.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，所述步骤 (3)包括下述程序： 程序(1)将所述变形坯进行回炉加热与保温处理，保温时间为1.0h～3.0h； 程序(2)保温后根据预设置的镦粗锻比阈值对所述变形坯进行镦粗，镦粗至预设置高 度，其中，所述预设置高度是基于待制得齿圈的高度与预设置的辗环轧制锻比阈值进行设 2 2 CN 114289675 A 权利要求书 2/3页 置的； 程序(3)对镦粗后的所述变形坯进行冲孔以制得初锻坯，对初锻坯进行扩孔，以制得环 状坯，其中，所述初锻坯的尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值，所述环状坯的尺寸符合预 设置的辗环轧制变形量阈值。 5.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，所述步骤 (6)包括下述程序： 程序(1)将所述齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，将所述齿圈锻件以不大 于120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并进行保温，保温时间为1h～3h； 程序(2)将所述齿圈锻件快速升温至铁素体全部转变为奥氏体的终了温度以上100℃ ～120℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照15mm/h～25mm/h进行设定； 程序(3)保温后对所述齿圈锻件进行冷却处理，所述冷却处理的速度不超出12℃/min ～40℃/min； 程序(4)将所述齿圈锻件的表面冷却至300℃～350℃，装入炉温不超过300℃的热处理 炉内进行回火处理； 程序(5)将回火处理后的所述齿圈锻件以不大于80℃/h的速度升温至650℃～690℃， 并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照10mm/h～20mm/h进行设定； 程序(6)保温后将所述齿圈锻件空气冷却至室温。 6.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，所述步骤 (7)包括下述程序： 程序(1)将所述齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，将所述齿圈锻件以不大 于120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并进行保温，保温时间为1h～3h； 程序(2)将所述齿圈锻件快速升温至铁素体全部转变为奥氏体的终了温度以上30℃～ 100℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照15mm/h～25mm/h进行设定； 程序(3)保温后对所述齿圈锻件进行冷却处理，所述冷却处理为将所述齿圈锻件浸入 液体内进行淬火； 程序(5)将冷却处理后的所述齿圈锻件其装入炉温不超过300℃的热处理炉内进行回 火处理，将所述齿圈锻件以不大于80℃/h的速度升温至560℃～600℃，并进行保温，保温时 间基于所述齿圈锻件的厚度按照10mm/h～20mm/h进行设定； 程序(6)保温后将所述齿圈锻件空气冷却至室温。 7.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，所描述的方法还 包括下述步骤： 基于待制得齿圈的尺寸及重量，设置坯料的尺寸及重量，按照设置的坯料的尺寸及重 量对调质钢原材料进行切割下料，以制得坯料。 8.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，在步骤(6) 与步骤(7)之间，所描述的方法还包括下述步骤： 对所述齿圈锻件进行粗加工，粗加工后的所述齿圈锻件的表面粗糙度为Ra3.2μm～ Ra6.3μm； 对粗加工后的所述齿圈锻件进行超声波检验测试， 若超声波检验测试结果，所述齿圈锻件内部缺陷水平满足φ1.0mm起始记录当量的探伤要 3 3 CN 114289675 A 权利要求书 3/3页 求，则超声波检测合格； 对超声波检测合格的所述齿圈锻件进行采样检测，所述取样本检验测试至少包括以下一项： 化学成分、气体含量、淬透性、显微组织、奥氏体晶粒度、带状组织、原材料拉伸、冲击性能。 9.依据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是，在步骤(7) 之后，所描述的方法还包括下述步骤： 对调质处理完成的所述齿圈锻件进行采样检测，确保其本体硬度、拉伸和冲击性能、实 际晶粒度、显微组织满足技术方面的要求； 对取样本检验测试合格的所述齿圈锻件进行精加工，精加工后的所述齿圈锻件的表面粗糙度 为Ra3.2μm～Ra6.3μm； 对精加工后的所述齿圈锻件进行检测验证和检测，确保其表面上的质量、表面粗糙度、各部分尺 寸满足技术方面的要求。 10.根据权利要求1所述的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其特征是： 所述坯料采用调质钢，其中，所述调质钢的主要化学组分及重量百分比(％wt)为：C： 0.38～0.44％，Si：0.17～0.35％，Mn:0.65～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.90～ 1.20％,Mo：0.16～0.25％，Ti≤0.003％，Cu≤0.20％，Ca≤0.001％，Pb≤0.010％，Sn≤ 0.010％，Sb≤0.010％，Bi≤0.010％，As≤0.015％，[O]≤18ppm，N:70ppm，[H]≤1.5ppm，且 Pb+Sn+Sb+Bi+As≤0.035％。 4 4 CN 114289675 A 说明书 1/11页 一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法 技术领域 [0001] 本发明属于齿圈锻件制造技术领域，具体涉及一种风电增速箱用齿圈锻件的制造 方法。 背景技术 [0002] 行星齿轮传动由于其具有结构紧密相连、体积小、传动效率高及传动比大等优点，被广 泛地应用于风力发电机传动系统、航空动力传动系统及车辆传动系统等领域。 [0003] 双馈式风力发电机组的核心部件是其中的增速箱，增速箱内设置有行星齿轮传动 组件，而齿圈是行星齿轮传动组件中的重要元件。由于双馈式风力发电机组的服役条件恶 劣，因此对其中的齿圈等核心部件的技术方面的要求高，一般要求其运行寿命达到20年。 [0004] 现有的风电增速箱用齿圈锻件一般都会采用中碳合金钢中的Cr‑Mo系调质钢或Cr‑Mo‑ V系渗氮钢采用常规的锻造成形、热处理工艺及调质工艺制造。这样制成的齿圈锻件存在晶 粒粗大、晶粒不均匀、内部超声波检验测试(UT)特性不足以满足探伤要求等问题，以及由此导致的 齿圈内部显微组织不均匀，力学性能水平不高等现象。齿圈锻件的质量水平不足以满足双馈 式或半直驱风力发电机增速箱恶劣服役环境的使用上的要求和寿命要求。 [0005] 而且，随着风力发电机组日益大型化的发展的新趋势，对其增速箱用齿圈锻件提出了 更高的技术方面的要求，以确保其质量能够适用于更恶劣的服役环境。 [0006] 因此，现在迫切地需要研发出一种新型的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法来解决 以上问题。 发明内容 [0007] 针对上述的不足，本发明实施例提供了一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法， 以至少解决或缓解现存技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择。本发 明实施例提供的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，制造出的齿圈锻件能达到起始记录 当量φ0.8mm的超声波检测(UT)要求，齿圈锻件中奥氏体晶粒度均匀细小，拉伸及冲击性能 均能达到较高水准，从而满足风力发电机增速箱的服役及寿命要求。 [0008] 为达到上述目的，本发明实施例提供了一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法， 其中，包括下述步骤： [0009] 步骤(1)基于待制得齿圈的尺寸及重量，预设置工艺控制阈值，其中,所述工艺控 制阈值至少包括：镦粗锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值及辗环轧制变形量阈 值； [0010] 步骤(2)将坯料加热与保温处理，保温后根据预设置的镦粗锻比阈值对所述 坯料进行镦粗，和/或保温后根据预设置的拔长锻比阈值对所述坯料进行拔长，以制得变形 坯； [0011] 步骤(3)将所述变形坯进行回炉加热与保温处理，保温后根据预设置的镦粗锻比 阈值对所述变形坯进行镦粗，对镦粗后的所述变形坯进行冲孔，以制得初锻坯，对初锻坯进 5 5 CN 114289675 A 说明书 2/11页 行扩孔，以制得环状坯，其中，所述初锻坯的尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值，所述环 状坯的尺寸符合预设置的辗环轧制变形量阈值； [0012] 步骤(4)将所述环状坯进行回炉加热与保温处理，将保温后的所述环状坯辗环成 形，以制得齿圈锻件，其中，所述步骤(4)中回炉加热的加热温度比所述步骤(3)中回炉加热 的加热温度降低30℃～50℃； [0013] 步骤(5)对所述齿圈锻件进行缓冷处理，其中，所述缓冷处理的时间至少为24h； [0014] 步骤(6)将所述齿圈锻件冷却至室温后，对所述齿圈锻件进行正火与回火处理； [0015] 步骤(7)对正火与回火处理后的所述齿圈锻件进行调质处理。 [0016] 在一种优选的实施方式中，所述镦粗锻比阈值为镦粗锻比不小于6:1； [0017] 所述拔长锻比阈值为拔长锻比不小于6:1； [0018] 所述辗环轧制锻比阈值为辗环轧制锻比不小于2:1； [0019] 所述辗环轧制变形量阈值为0.60～0.80，其中，所述辗环轧制变形量阈值为环件 轴向变形量与径向变形量之比； [0020] 其中，所述辗环轧制锻比的计算公式如下： [0021] [0022] 其中，S1为步骤(3)中冲孔加工后的所述初锻坯的横截面面积， [0023] S2为步骤(4)中辗环成形后的所述齿圈锻件的横截面面积。 [0024] 在一种优选的实施方式中，所述步骤(2)包括下述程序： [0025] 程序(1)将所述坯料加热与保温处理，保温温度为1230℃±20℃，保温时间基 于所述坯料的厚度按照1.5mm/min～3.0mm/min进行设定； [0026] 程序(2)对保温后的所述坯料进行多次镦粗，每次镦粗的镦粗锻比不小于2:1，且 不大于2.5:1，多次镦粗的总镦粗锻比不小于6:1；和/或 [0027] 程序(3)对保温后的所述坯料进行多次拔长，每次拔长的拔长锻比不小于2:1，且 不大于2.5:1，多次拔长的总拔长锻比不小于6:1。 [0028] 在一种优选的实施方式中，所述步骤(3)包括下述程序： [0029] 程序(1)将所述变形坯进行回炉加热与保温处理，保温时间为1.0h～3.0h； [0030] 程序(2)保温后根据预设置的镦粗锻比阈值对所述变形坯进行镦粗，镦粗至预设 置高度，其中，所述预设置高度是基于待制得齿圈的高度与预设置的辗环轧制锻比阈值进 行设置的； [0031] 程序(3)对镦粗后的所述锻造坯料进行冲孔，以制得初锻坯，对初锻坯进行扩孔， 以制得环状坯，其中，所述初锻坯的尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值，所述环状坯的尺 寸符合预设置的辗环轧制变形量阈值。 [0032] 在一种优选的实施方式中，所述步骤(6)包括下述程序： [0033] 程序(1)将所述齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，将所述齿圈锻件以 不大于120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并进行保温，保温时间为1h～3h； [0034] 程序(2)将所述齿圈锻件快速升温至铁素体全部转变为奥氏体的终了温度以上 100℃～120℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照15mm/h～25mm/h进行 设定； 6 6 CN 114289675 A 说明书 3/11页 [0035] 程序(3)保温后对所述齿圈锻件进行冷却处理，所述冷却处理的速度不超出12℃/ min～40℃/min； [0036] 程序(4)将所述齿圈锻件的表面冷却至300℃～350℃，装入炉温不超过300℃的热 处理炉内进行回火处理； [0037] 程序(5)将回火处理后的所述齿圈锻件以不大于80℃/h的速度升温至650℃～690 ℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照10mm/h～20mm/h进行设定； [0038] 程序(6)保温后将所述齿圈锻件空气冷却至室温。 [0039] 在一种优选的实施方式中，所述步骤(7)包括下述程序： [0040] 程序(1)将所述齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，将所述齿圈锻件以 不大于120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并进行保温，保温时间为1h～3h； [0041] 程序(2)将所述齿圈锻件快速升温至先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度 为30℃～100℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照15mm/h～25mm/h进行 设定； [0042] 程序(3)保温后对所述齿圈锻件进行冷却处理，所述冷却处理为将所述齿圈锻件 浸入液体内进行淬火； [0043] 程序(5)将冷却处理后的所述齿圈锻件其装入炉温不超过300℃的热处理炉内进 行回火处理，将所述齿圈锻件以不大于80℃/h的速度升温至560℃～600℃，并进行保温，保 温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照10mm/h～20mm/h进行设定； [0044] 程序(6)保温后将所述齿圈锻件空气冷却至室温。 [0045] 在一种优选的实施方式中，所述风电增速箱用齿圈锻件的制造方法还包括下述步 骤： [0046] 基于待制得齿圈的尺寸及重量，设置坯料的尺寸及重量，按照设置的坯料的尺寸 及重量对调质钢原材料进行切割下料，以制得坯料。 [0047] 在一种优选的实施方式中，在步骤(6)与步骤(7)之间，所述风电增速箱用齿圈锻 件的制造方法还包括下述步骤： [0048] 对所述齿圈锻件进行粗加工，粗加工后的所述齿圈锻件的表面粗糙度为Ra3.2μm ～Ra6.3μm； [0049] 对粗加工后的所述齿圈锻件进行超声波检验测试， [0050] 若超声波检验测试结果，所述齿圈锻件内部缺陷水平满足φ1.0mm起始记录当量的探 伤要求，则超声波检测合格； [0051] 对超声波检测合格的所述齿圈锻件进行采样检测，所述取样本检验测试至少包括以下一 项：化学成分、气体含量、淬透性、显微组织、奥氏体晶粒度、带状组织、原材料拉伸、冲击性 能。 [0052] 在一种优选的实施方式中，在步骤(7)之后，所述风电增速箱用齿圈锻件的制造方 法还包括下述步骤： [0053] 对调质处理完成的所述齿圈锻件进行采样检测，确保其本体硬度、拉伸和冲击性 能、实际晶粒度、显微组织满足技术方面的要求； [0054] 对取样本检验测试合格的所述齿圈锻件进行进行精加工，精加工后的所述齿圈锻件的表 面粗糙度为Ra3.2μm～Ra6.3μm； 7 7 CN 114289675 A 说明书 4/11页 [0055] 对精加工后的所述齿圈锻件进行检测验证和检测，确保其表面上的质量、表面粗糙度、各部 分尺寸满足技术方面的要求。 [0056] 在一种优选的实施方式中，所述坯料采用调质钢，其中，所述调质钢的主要化学组 分及重量百分比(％wt)为：C：0.38～0.44％，Si：0.17～0.35％，Mn:0.65～0.90％，P≤ 0.015％，S≤0.005％，Cr：0.90～1.20％,Mo：0.16～0.25％，Ti≤0.003％，Cu≤0.20％，Ca ≤0.001％，Pb≤0.010％，Sn≤0.010％，Sb≤0.010％，Bi≤0.010％，As≤0.015％，[O]≤ 18ppm，N:70ppm，[H]≤1.5ppm，且Pb+Sn+Sb+Bi+As≤0.035％。 [0057] 采用了上述技术方案后，本申请所取得的有益效果为： [0058] (1)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，首选经过工艺方案 策划，合理设定了工艺控制阈值，即镦粗锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值，采用 镦粗锻比阈值与拔长锻比阈值合理地控制对坯料的镦粗或拔长锻造过程，确保经过锻造过 程后的坯料其内部被充分的锻透。同时，采用辗环轧制锻比阈值合理地控制了对坯料的辗 环成形过程，确保了辗环成形后制得的齿圈锻件其内部组织细小均匀。然后对齿圈锻件进 行正火与回火处理，进一步使齿圈锻件内部显微组织均匀化、奥氏体晶粒细化。最后对齿圈 锻件进行调质处理，确保了齿圈锻件的力学性能能达到较高的水平，从而使制得的齿圈 锻件能够很好的满足风电增速箱的恶劣的服役环境及寿命要求。 [0059] (2)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，将镦粗锻比阈值设 置为不小于6:1，将拔长锻比阈值设置为不小于6:1，将辗环轧制锻比阈值设置为不小于2: 1，能保证经过锻造过程后的坯料其内部被充分锻透，辗环成形后制得的齿圈锻件其内部 组织细小均匀。 [0060] (3)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，通过设定坯料镦拔 锻造的保温时间、每次镦拔过程的镦粗锻比或拔长锻比及总镦粗锻比或总拔长锻比，进一 步设定了坯料的镦拔锻造过程，确保了锻造后的坯料内部被充分的锻透。 [0061] (4)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，通过使冲孔及扩孔 后的坯料尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值与辗环轧制变形量阈值，能保证齿圈在辗 环轧制过程中截面充分锻透，且径轴向变形量协调一致，保证齿圈辗环轧制成形良好，避免 鱼尾槽等缺陷。 [0062] (5)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，通过合理设定正火 与回火处理的奥氏体化参数及正火时的冷却方式，能够在调质处理前使齿圈内部显微组织 均匀化、奥氏体晶粒细化。 [0063] (6)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，通过合理设定调质 处理的奥氏体化参数、淬火冷却控制及回火工艺参数，能保证调质处理后齿圈锻件的力 学性达到较高水准，进一步使齿圈锻件更符合风电增速箱的服役环境及寿命要求。 [0064] (7)本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，通过对齿圈锻件进 行超声波检测及取样检测，能保证齿圈锻件内部超声波检验测试特性满足起始记录φ1.0mm 当量探伤要求，奥氏体晶粒度均匀细小，达到不低于8.0级，使齿圈锻件更符合风电增速箱 的服役环境及寿命要求。 8 8 CN 114289675 A 说明书 5/11页 附图说明 [0065] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。 [0066] 在附图中： [0067] 图1用以说明本发明一实施例中的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法的一种流程 示意图。 具体实施方式 [0068] 在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的 那样，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可通过种种不同方式修改所描述的实施例。 因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。 [0069] 首先，对本发明所揭示的技术方案的技术构思进行说明。现有的风电增速箱用齿 圈锻件一般都会采用中碳合金钢中的Cr‑Mo系调质钢或Cr‑Mo‑V系渗氮钢采用常规的锻造成形、 热处理工艺及调质工艺制造。这样制成的齿圈锻件存在晶粒粗大、晶粒不均匀、内部超声波 检测(UT)特性无法满足探伤要求等问题，以及由此导致的齿圈内部显微组织不均匀，力学 性能水平不高等现象。齿圈锻件的质量水平无法满足双馈式或半直驱风力发电机增速箱恶 劣服役环境的使用要求和寿命要求。而且，随着风力发电机组日益大型化的发展趋势，对其 增速箱用齿圈锻件提出了更高的技术要求，现有的齿圈锻件制造技术更难以满足大型化、 高质量、适应恶劣服役环境的齿圈锻件制造要求。 [0070] 考虑到现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种新型的风电增速箱用齿圈锻 件的制造方法。下面结合说明书附图，对本发明进行说明。 [0071] 具体采取的方案是： [0072] 图1用以说明风电增速箱用齿圈锻件的制造方法一种实施方式的流程示意图。如 图1所示，本实施例提供了一种风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，其中，包括下述步骤： [0073] 步骤(1)基于待制得齿圈的尺寸及重量，预设置工艺控制阈值，其中,工艺控制阈 值至少包括：镦粗锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值及辗环轧制变形量阈值； [0074] 步骤(2)将坯料进行加热与保温处理，保温后根据预设置的镦粗锻比阈值对坯料 进行镦粗，和/或保温后根据预设置的拔长锻比阈值对坯料进行拔长，以制得变形坯； [0075] 步骤(3)将变形坯进行回炉加热与保温处理，保温后根据预设置的镦粗锻比阈值 对变形坯进行镦粗，对镦粗后的所述变形坯进行冲孔，以制得初锻坯，对初锻坯进行扩孔， 以制得环状坯，其中，所述初锻坯的尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值，所述环状坯的尺 寸符合预设置的辗环轧制变形量阈值； [0076] 步骤(4)将环状坯进行回炉加热与保温处理，将保温后的环状坯辗环成形，以制得 齿圈锻件，其中，步骤(4)中回炉加热的加热温度比步骤(3)中回炉加热的加热温度降低30 ℃～50℃； [0077] 步骤(5)对齿圈锻件进行缓冷处理，其中，缓冷处理的时间至少为24h； [0078] 步骤(6)将齿圈锻件冷却至室温后，对齿圈锻件进行正火与回火处理； [0079] 步骤(7)对正火与回火处理后的齿圈锻件进行调质处理。 [0080] 本实施例示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法，首选经过工艺方案策划，合 9 9 CN 114289675 A 说明书 6/11页 理设定了工艺控制阈值，即镦粗锻比阈值、拔长锻比阈值、辗环轧制锻比阈值，采用镦粗锻 比阈值与拔长锻比阈值合理地控制对坯料的镦粗或拔长锻造过程，确保经过锻造过程后的 坯料其内部被充分的锻透。 [0081] 同时，采用辗环轧制锻比阈值合理地控制了对坯料的辗环成形过程，确保了辗环 成形后制得的齿圈锻件其内部组织细小均匀。 [0082] 然后对齿圈锻件进行正火与回火处理，进一步使齿圈锻件内部显微组织均匀化、 奥氏体晶粒细化。 [0083] 最后对齿圈锻件进行调质处理，确保了齿圈锻件的力学性能能够达到较高的水 平，从而使制得的齿圈锻件能够满足风电增速箱的恶劣的服役环境及寿命要求。 [0084] 在本实施例中，镦粗锻比阈值为镦粗锻比不小于6:1。 [0085] 在本实施例中，拔长锻比阈值为拔长锻比不小于6:1。 [0086] 在本实施例中，辗环轧制锻比阈值为辗环轧制锻比不小于2:1； [0087] 所述辗环轧制变形量阈值为0.60～0.80，其中，所述辗环轧制变形量阈值为环件 轴向变形量与径向变形量之比； [0088] 其中，辗环轧制锻比的计算公式如下： [0089] [0090] 其中，S1为步骤(3)中冲孔加工后的初锻坯坯的横截面面积， [0091] S2为步骤(4)中辗环成形后的齿圈锻件的横截面面积。 [0092] 在本实施例中，将镦粗锻比阈值设置为不小于6:1，将拔长锻比阈值设置为不小于 6:1，将辗环轧制锻比阈值设置为不小于2:1，能够确保经过锻造过程后的坯料其内部被充 分锻透，辗环成形后制得的齿圈锻件其内部组织细小均匀。 [0093] 在本实施例中，步骤(2)包括下述程序： [0094] 程序(1)将坯料进行加热与保温处理，保温温度为1230℃±20℃，保温时间基于坯 料的厚度按照1.5mm/min～3.0mm/min进行设定； [0095] 程序(2)对保温后的坯料进行多次镦粗，每次镦粗的镦粗锻比不小于2:1，且不大 于2.5:1，多次镦粗的总镦粗锻比不小于6:1；和/或 [0096] 程序(3)对保温后的坯料进行多次拔长，每次拔长的拔长锻比不小于2:1，且不大 于2.5:1，多次拔长的总拔长锻比不小于6:1。 [0097] 在本实施例中，通过设定坯料镦拔锻造的保温时间、每次镦拔过程的镦粗锻比或 拔长锻比及总镦粗锻比或总拔长锻比，进一步设定了坯料的镦拔锻造过程，确保了锻造后 的坯料内部被充分的锻透。 [0098] 在本实施例中，步骤(3)包括下述程序： [0099] 程序(1)将变形坯进行回炉加热与保温处理，保温时间为1.0h～3.0h； [0100] 程序(2)保温后根据预设置的镦粗锻比阈值对变形坯进行镦粗，镦粗至预设置高 度，其中，预设置高度是基于待制得齿圈的高度与预设置的辗环轧制锻比阈值进行设置的； [0101] 程序(3)对镦粗后的锻造坯料进行冲孔，以制得初锻坯，对初锻坯进行扩孔，以制 得环状坯，其中，所述初锻坯的尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值，所述环状坯的尺寸符 合预设置的辗环轧制变形量阈值。 10 10 CN 114289675 A 说明书 7/11页 [0102] 通过使冲孔及扩孔后的坯料尺寸符合预设置的辗环轧制锻比阈值与辗环轧制变 形量阈值，可以确保齿圈在辗环轧制过程中截面充分锻透，且径轴向变形量协调一致，保证 齿圈辗环轧制成形良好，避免鱼尾槽等缺陷。 [0103] 在本实施例中，步骤(6)包括下述程序： [0104] 程序(1)将齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，将齿圈锻件以不大于 120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并进行保温，保温时间为1h～3h； [0105] 程序(2)将所述齿圈锻件快速升温至析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度以上 100℃～120℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照15mm/h～25mm/h进行 设定； [0106] 程序(3)保温后对所述齿圈锻件进行冷却处理，所述冷却处理的速度不超出12℃/ min～40℃/min； [0107] 程序(4)将所述齿圈锻件的表面冷却至300℃～350℃时，装入炉温不超过300℃的 热处理炉内进行回火处理； [0108] 程序(5)将回火处理后的所述齿圈锻件以不大于80℃/h的速度升温至650℃～690 ℃，并进行保温，保温时间基于所述齿圈锻件的厚度按照10mm/h～20mm/h进行设定； [0109] 程序(6)保温后将所述齿圈锻件空气冷却至室温。 [0110] 通过合理设定正火与回火处理的奥氏体化参数及正火后对冷却速度等参数的控 制，能够在调质处理前使齿圈内部显微组织均匀化、奥氏体晶粒细化。 [0111] 在本实施例中，步骤(7)包括下述程序： [0112] 程序(1)将齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内，将齿圈锻件以不大于 120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并进行保温，保温时间为1h～3h； [0113] 程序(2)将齿圈锻件快速升温至铁素体全部转变为奥氏体的终了温度以上30℃～ 100℃，并进行保温，保温时间基于齿圈锻件的厚度按照15mm/h～25mm/h进行设定； [0114] 程序(3)保温后对齿圈锻件进行冷却处理，冷却处理为将齿圈锻件浸入液体内进 行淬火； [0115] 程序(5)将冷却处理后的齿圈锻件其装入炉温不超过300℃的热处理炉内进行回 火处理，将齿圈锻件以不大于80℃/h的速度升温至560℃～600℃，并进行保温，保温时间基 于齿圈锻件的厚度按照10mm/h～20mm/h进行设定； [0116] 程序(6)保温后将齿圈锻件空气冷却至室温。 [0117] 通过合理设定调质处理的奥氏体化参数、淬火冷却控制及回火工艺参数，能够确 保调质处理后齿圈锻件的力学性达到较高水平。 [0118] 在本实施例中，风电增速箱用齿圈锻件的制造方法还包括下述步骤： [0119] 基于待制得齿圈的尺寸及重量，设置坯料的尺寸及重量，按照设置的坯料的尺寸 及重量对调质钢原材料进行切割下料，以制得坯料。 [0120] 进一步地，坯料采用调质钢，其中，调质钢的主要化学组分及重量百分比(％wt) 为：C：0.38～0.44％，Si：0.17～0.35％，Mn:0.65～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr： 0.90～1.20％,Mo：0.16～0.25％，Ti≤0.003％，Cu≤0.20％，Ca≤0.001％，Pb≤0.010％， Sn≤0.010％，Sb≤0.010％，Bi≤0.010％，As≤0.015％，[O]≤18ppm，N:70ppm，[H]≤ 1.5ppm，且Pb+Sn+Sb+Bi+As≤0.035％。 11 11 CN 114289675 A 说明书 8/11页 [0121] 在本实施例中，采用上述主要化学组分及重量百分比的调质钢为坯料制造风电增 速箱用齿圈锻件，能够使制得的齿圈锻件更适应风力发电机增速箱恶劣服役环境的使用要 求和寿命要求。 [0122] 在本实施例中，在步骤(6)与步骤(7)之间，风电增速箱用齿圈锻件的制造方法还 包括下述步骤： [0123] 对齿圈锻件进行粗加工，粗加工后的齿圈锻件的表面粗糙度为Ra3.2μm～Ra6.3μ m； [0124] 对粗加工后的齿圈锻件进行超声波检验测试， [0125] 若超声波检测结果，齿圈锻件内部缺陷水平满足φ1.0mm起始记录当量的探伤要 求，则超声波检测合格； [0126] 对超声波检测合格的齿圈锻件进行取样检测，取样检测至少包括以下一项：化学 成分、气体含量、淬透性、显微组织、奥氏体晶粒度、带状组织、原材料拉伸、冲击性能。 [0127] 通过对齿圈锻件进行超声波检测及取样检测，能够确保齿圈锻件内部超声波检测 特性满足起始记录φ1.0mm当量探伤要求；奥氏体晶粒度均匀细小达到不低于8.0级；其拉 伸性能和冲击性能能够满足各类环件风力发电机增速箱的服役要求。 [0128] 在本实施例中，在步骤(7)之后，风电增速箱用齿圈锻件的制造方法还包括下述步 骤： [0129] 对取样检测合格的齿圈锻件进行精车，确保其各部尺寸满足成品图纸要求，表面 粗糙度满足Ra3.2μm～Ra6.3μm； [0130] 对精加工后的所述齿圈锻件进行检验和检测，确保其表面质量、表面粗糙度、各部 分尺寸满足技术方面的要求。 [0131] 为了便于对本发明实施例的理解，下面对本发明实施例示例的风电增速箱用齿圈 锻件的制造方法做进一步的描述： [0132] 实施方式1 [0133] 待制得的风电增速箱用齿圈的尺寸为外径φ1900mm，内径φ1500mm，高度为 400mm。 [0134] (1)工艺方案策划 [0135] 根据上述待制得齿圈的尺寸、形状及重量，预设置工艺控制阈值。在本实施方式 中，设置镦粗锻比阈值控制在不小于6:1，优选地控制在7:1左右。辗环轧制锻比阈值控制在 不小于2:1，优选地控制在2.5:1左右。 [0136] (2)原料检验 [0137] 根据待制得齿圈的服役环境及寿命要求，选取连铸圆坯为原料。 [0138] 化验原材料的化学成分，要求其化学组分及重量百分比应满足(％wt)：C：0.38～ 0.44％，Si：0.17～0.35％，Mn:0.65～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.90～1.20％, Mo：0.16～0.25％，Ti≤0.003％，Cu≤0.20％，Ca≤0.001％，Pb≤0.010％，Sn≤0.010％，Sb ≤0.010％，Bi≤0.010％，As≤0.015％，[O]≤18ppm，N:70ppm，[H]≤1.5ppm，且Pb+Sn+Sb+ Bi+As≤0.035％。 [0139] (3)下料 [0140] 根据待制得齿圈的尺寸及重量，对原材料进行切割下料，制得坯料。 12 12 CN 114289675 A 说明书 9/11页 [0141] (4)镦拔变料 [0142] 将锯切的坯料按照预定规范实施加热，并在1210℃±20℃进行保温，按照2.0mm/ min设定保温时间。 [0143] 将坯料实施加热后，保温5.0h，保温后依据预设置镦粗制锻比阈值和拔长制锻比 阈值，对坯料实施多次镦粗和多次拔长。 [0144] 每次镦粗的镦粗锻比不小于2:1，且不大于2.5:1，多次镦粗的总镦粗锻比不小于 6:1。 [0145] 每次拔长的拔长锻比不小于2:1，且不大于2.5:1，多次拔长的总拔长锻比不小于 6:1。 [0146] (5)镦粗、冲孔、扩孔 [0147] 将镦拔后的变形坯回炉，按照预定规范实施加热，并保温1.0h，保温后将变形坯镦 粗至高度预设置的高度。然后对其进行冲孔加工和扩孔加工。 [0148] 镦粗锻比阈值控制在不小于6:1，优选地控制在7:1左右。 [0149] (6)辗环成形 [0150] 将扩孔后的锻坯回炉加热，并保温1.0h，保温后经辗环机环轧成形，制得齿圈锻 件。辗环成形过程中，辗环轧制锻比不小于2:1，辗环轧制轴向变形量和径向变形量之比为 0.60～0.80.。 [0151] 优选地，辗环轧制锻比在2.5:1左右，辗环轧制轴向变形量和径向变形量之比控制 在0.70左右。 [0152] (7)缓冷处理 [0153] 辗环成形后的将齿圈锻件堆垛放置，进行缓冷处理，缓冷处理的时间至少为24h。 [0154] (8)正火与回火处理 [0155] 待辗环成形的齿圈锻件冷却至室温后，测量各部尺寸，确保其各部分的尺寸满足 技术要求之后，将齿圈锻件装入热处理炉内按照正火工艺实施正火与回火处理。 [0156] 具体程序包括： [0157] ①将齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内； [0158] ②以≤120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并保温2h； [0159] ③保温结束后，以全功率快速升温至900℃±10℃，并按照齿圈有效厚度，依据 25mm/h实施保温； [0160] ④保温结束后，出炉，对工件实施风冷； [0161] ⑤待齿圈表面冷却至300℃左右时，装入炉温不超过300℃的热处理炉内实施回 火； [0162] ⑥回火时，以≤80℃/h的速度升温至680℃±10℃，并按照齿圈的有效厚度，依据 15mm/h实施保温； [0163] ⑦保温结束后，出炉空冷至室温。 [0164] (9)粗加工 [0165] 对正火与回火处理结束的齿圈锻件，依据粗加工图纸进行粗车，确保各部分表面 粗糙度满足Ra3.2μm～Ra6.3μm。 [0166] (10)无损检测 13 13 CN 114289675 A 说明书 10/11页 [0167] 对粗加工后的齿圈锻件实施无损检测，要求齿圈内部缺陷水平满足φ1.0mm起始 记录当量的探伤要求，内部无当量在φ1.0mm及以上的点状缺陷，未发现线性缺陷和密集性 缺陷，使齿圈锻件能够满足技术要求。 [0168] (11)取样检测 [0169] 正火与回火处理完成的齿圈，进行取样检测。 [0170] 取样检测结果显示通过上述步骤制得的齿圈锻件，能达到内部奥氏体晶粒度评 级为N＝8.0，带状组织评级为1.0级，显微组织为均匀的正火回火组织，未发现魏氏体组织， 表面硬度为160‑180HB，成品光谱化学成分、端淬特性、非金属夹杂物等检测结果均能够满 足风电增速箱用齿圈锻件的技术要求。 [0171] (12)调质处理 [0172] 具体程序包括： [0173] ①将齿圈锻件装入炉温不超过350℃的热处理炉内。 [0174] ②以≤120℃/h的速度升温至650℃±10℃，并保温2h； [0175] ③保温结束后，以全功率快速升温至860℃±10℃，并按照齿圈锻件的有效厚度， 依据25mm/h实施保温； [0176] ④保温结束后，出炉，对工件实施淬火； [0177] ⑤待齿圈淬火完成时，装入炉温不超过300℃的热处理炉内实施回火； [0178] ⑥回火时，以≤80℃/h的速度升温至570℃±10℃，并按照齿圈锻件的有效厚度， 依据15mm/h实施保温； [0179] ⑦保温结束后，出炉空冷至室温。 [0180] (13)再次取样检测 [0181] 调质处理完成的齿圈锻件再次进行取样检测。 [0182] 取样检测结果显示通过调质处理后的齿圈锻件，其各项性能能够达到：表面硬度 290‑310HB，实际平均晶粒度为8.5级，纵向拉伸性能Rp0.2＝914MPa，Rm＝1060MPa,A≥ 16.0％，Z≥57.0％；20℃，Kv＝87.4J/84.2J/88.5J；‑20℃，Kv＝88.5J/79.0J/89.6J。 [0183] (14)精加工 [0184] 依据精加工图纸对齿圈锻件实施精车，确保各部分表面粗糙度满足Ra3.2μm～ Ra6.3μm。 [0185] (15)终检 [0186] 对齿圈实施终检，确保其表面质量、内部质量、各部尺寸等均能够很好的满足风电增速箱 用齿圈锻件的技术要求。依据JB/T 5000.15对齿圈锻件成品进行超声波检验测试(UT)。 [0187] 采用本实施方式示例的风电增速箱用齿圈锻件的制造方法制得的齿圈锻件，能够 达到取样检测的奥氏体晶粒度均匀细小，达到不低于8.0级；内部超声波检验测试(UT)特性满足 起始记录φ0.8mm当量的探伤要求，内部无超标点状缺陷，无延伸性性缺陷和密集型缺陷； 本体拉伸性能达到其表面硬度290‑310HB，纵向拉伸性能Rp0.2＝914MPa，Rm＝1060MPa,A≥ 16.0％，Z≥57.0％；缺口冲击性能检测结果达到20℃，Kv＝87.4J/84.2J/88.5J；‑20℃，Kv ＝88.5J/79.0J/89.6J。 [0188] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些 14 14 CN 114289675 A 说明书 11/11页 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为 准。 [0189] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、 “厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时 针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或 位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0190] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。 [0191] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等 术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也能够最终靠中间媒介间接相连，可以 是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可 以根据详细情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0192] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下” 可以包括第一和第二特征非间接接触，也可以包括第一和第二特征不是非间接接触而是通过它 们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征 在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第 二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第 一特征水平高度小于第二特征。 [0193] 上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了 简化本发明的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并 且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母， 这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的 关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以 意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。 15 15 CN 114289675 A 说明书附图 1/1页 图1 16 16

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