Page 28 - 理化检验-物理分册2019年第二期
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史可庆, 等: 风电主轴强韧性的提高
[ ５ ]
４ 种: 固溶强化、 位错强化、 细晶强化、 第二相弥散强 ( ５ )钒在一些合金钢中的含量见表 ４ .
化.一般情况下, 随着钢强度的提高, 塑性和韧性会 表 ４ 钒在一些合金钢中的含量( 质量分数)
降低, 该矛盾称为韧性的强度转变.众所周知, 细晶 Tab敭４ Vanadiumcontentsinsomeallo y steels massfraction
强化是传统强化手段中唯一能同时提高强度和韧性 钢种 钒含量 / ％
的方法 [ ４ ] .除了细晶强化外, 其他强化途径都会不 低合金管线钢 ０．０５
HSLA 钢
同程度地降低塑性和韧性, 且都能提高韧脆转变温 淬火 / 回火容器钢 ０．３５
度, 第二相弥散强化降低塑性和韧性较小, 而对强化 双相钢 ０．０１~０．０２
贡献较大. 氮化钢( Cr / Mo钢) ０．１５~０．２５
( ３ )传统方法是通过合金化方法来设计强韧性 合金钢 碳化物强化钢 ０．０９
水平更高的材料 [ ３ ] .提高钢韧性的有效途径有: ① 弹簧钢( 例如硅 / 锰钢) ０．１５
细化奥氏体晶粒; ② 提高钢的回火稳定性; ③ 改善基
２．２ 讨论
体韧性; ④ 细化碳化物; ⑤ 提高冶金质量.
根据上述检验结果和分析讨论, 该公司决定采
( ４ )钒元素在钢中所起的作用主要是细化钢的
用传统方法, 通过合金化方法提高风电主轴的韧性,
组织和晶粒, 提高晶粒粗化温度, 从而降低钢的过热
从而解决潜在的质量风险隐患.由于产品材料要求
敏感性, 提高钢的强度和韧性.在高温时把钒溶入
为 ４２CrMo４ 钢, 其化学成分需要符合 SEW５５０ « 大
奥氏体能增加钢的淬透性.此外, 钒能增加淬火钢
型钢 铁 锻 件: 质 量 指 标» 要 求, 镍 含 量 ( ０．５４％ ~
的回火稳定性, 并产生二次硬化效应.钒作为强的
０．５８％ ) 已达上限范围, 综合考虑决定采购加入钒元
碳化物形成元素和沉淀硬化剂, 使钢材在高温下有
素的钢锭进行产品升级加工, 保持其他全部原有的
较高的强度和抗冲击、 耐腐蚀及可焊性 [ ５ ] .沉淀强
产品生产、 检验工艺不变.升级后加工成型工件的
化作用取决于钒的加入量和沉淀相的颗粒尺寸.颗
相关检验信息如下文所述.
粒越细小, 强化作用越大. VC 和 VN 溶解度相差
很大, VN 的固溶度相比 VC 的要小两个数量级, 因 ３ 升级后风电主轴检验信息
此氮在钒钢中起着决定性作用 [ ６ ] .低碳、 铬、 镍等元
３．１ 化学成分
素含量( １８％ 以下) 有利于板条马氏体的形成, 再配
根据产品升级需求, 采购钢锭的材料中加入了
合以钼、 钛、 钒、 铌、 锆等元素, 形成细小、 弥散分布且
钒元素, 其含量控制在 ０．１５％~０．２０％ , 试验产品材
不易破碎的第二相粒子, 既有利于提高材料的强度,
料的化学成分如表 ５ 所示.
也有利于保证材料具有足够的断裂韧性 [ ７ ] .
表 ５ 升级后试验材料的化学成分( 质量分数)
Tab敭５ Chemicalcom p ositionsofthetestmaterialsafterim p rovement massfraction ％
试样编号 C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu V
９ ０．４１ ０．２５ ０．７４ ０．００４ ０．００３ １．１６ ０．２３ ０．５４ ０．０８ ０．１６
１０ ０．４０ ０．２２ ０．７４ ０．００６ ０．００３ １．１６ ０．２３ ０．５５ ０．０６ ０．１６
１１ ０．３９ ０．２５ ０．７２ ０．００７ ０．００２ １．１３ ０．２３ ０．５３ ０．０８ ０．１６
１２ ０．４０ ０．２６ ０．７１ ０．００５ ０．００２ １．１２ ０．２２ ０．５３ ０．０８ ０．１６
１３ ０．３８ ０．２３ ０．７４ ０．００８ ０．００２ １．１２ ０．２３ ０．５３ ０．０７ ０．１６
１４ ０．４０ ０．２３ ０．７２ ０．００７ ０．００１ １．１５ ０．２３ ０．５２ ０．０６ ０．１５
１５ ０．３９ ０．２３ ０．７３ ０．００８ ０．００２ １．１１ ０．２３ ０．５２ ０．０６ ０．１６
１６ ０．３９ ０．２３ ０．７３ ０．００７ ０．００１ １．１６ ０．２３ ０．５２ ０．０６ ０．１６
标准值 ０．３８~０．４５ ≤０．４０ ０．５０~０．８０ ≤０．０３５ ≤０．０３５ ０．９０~１．２００．１５~０．３０ ≤０．６０ － －
３．２ 拉伸和冲击性能 可见材料中加入钒元素后屈服强度和冲击韧性都有
材料中加入钒元素后, 产品拉伸和冲击试验结 较大的提高.升级后材料的屈服强度远大于技术要
果如表 ６ 所示. 求; 冲击吸收能量最大值为 ５４J , 最小值为 ４０J , 标
与表 ２ 中升级前的拉伸和冲击试验结果相比, 准偏差为 ２．９９J , 可见升级后材料的冲击吸收能量不
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