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緊固件線材棒料在風電高強螺栓中的應用

作者:admin來源:本網 日期:2017-6-30 10:26:56 人氣: 標簽:

全民十三水配牌规律 www.ycfqav.com.cn   表1風電用高強螺栓材料國內外牌號性能規格牌號標準號備注歐盟牌號日本牌號美國牌號S級中國牌號(借用)中國牌號高強螺栓強化機制風電設備中的高強螺栓大多數為中碳合金鋼,不僅要求具有較高的強度,同時還要具有足夠的韌性和塑性。

  實踐證明,螺栓經調質熱處理后可具有較高的強度、足夠的韌性和良好的抗疲勞性能。如果淬火時未能全部淬成馬氏體而得到一些非馬氏體組織,螺栓的強度、韌性和疲勞性能均會有所降低,尤其當鐵素體沿晶界呈網狀分布時,其影響程度更為嚴重。為此,對高強螺栓調質淬火時要求整個截面90%以上獲得馬氏體。

  中碳合金鋼中所包含主要合金元素有C'、Ni、M+、M,等。它們所起的主要作用是增加中碳合金鋼的淬透性,使淬火保證得到馬氏體,并且高溫回火時有足夠的回火穩定性,回火后回火索氏體組織得到強化。實際上,這些元素大多溶于鐵素體中,使鐵素體得到強化。中碳合金鋼中這類元素的含量都保證使鐵素體得到強化而不明顯降低其韌性,甚至有的還能同時提高其沖擊韌度。

  其余如M,-、B等合金元素,它們在中碳合金鋼中的含量一般很少,特別是B的含量極微,但可顯著地增加淬透性。

  淬硬層深度不僅與鋼材成分有關,而且也受螺栓截面大小、加熱溫度、冷卻介質及冷卻方法等影響,諸多影響因素在制定熱處理工藝時必須加以注意。

  風電高強度螺栓用中碳合金鋼(化學成分見表2)。

  表2中碳合金鋼的化學成分(質量分數)鋼號等鋼,油淬臨界直徑不大于25mm,B含量明顯提高淬透性,主要用于鋼結構高強度螺栓、小功率風電機組10.9級高強螺栓。

  35CrM鋼中的鉻和鉬具有提高鋼的淬透性和鋼的強度的作用,同時具有增加鋼回火穩定性和消除回火脆性的作用。35CrMo鋼的臨界淬透直徑在油中為25mm,尺寸較大時,心部不能完全淬透,而在晶界上析出鐵素體和貝氏體等非馬氏體組織,使調質后心部的綜合性能比表面差。

  9級高強度螺栓的鋼種,它有較好的綜合性能,在調質狀態下具有較高的強度和足夠的韌性,淬透性并不高,油淬時可淬透25mm直徑。

  B7鋼是美國全民十三水配牌规律標準牌號,成分近似42CrM鋼,42CrMo鋼含碳量和含鉻量比35CrMo鋼高,可淬透性和強度隨之提高,可用于大截面高強度緊固件,在油中淬透臨界直徑為42mm. 40CrNiMA鋼中鉻和鉬是碳化物強烈形成元素,鎳既能提高鋼的強度,又能提高其塑性與韌性;鎳在鋼中不形成碳化物,只能固溶于奧氏體與鐵素體,起著細化晶粒、強化鐵素體、改善韌性,特別是改善低溫沖擊吸收能量的作用;同時又能增大鋼的淬透性,這對力學性能要求較高且均勻的大截面風電高強度螺栓特別有用。

  該鋼在油中淬透臨界直徑為45mm以上。另外該鋼第二類回火脆性特別敏感,在450~550>回火時,快冷與慢冷的沖擊吸收能量相差5~7倍,所以在高溫回火時應快冷。

  34CrNi3M鋼為大截面調質用合金鋼,油淬臨界直徑可達805100mm,在我國合金鋼材料標準中己取消該熱加工g鋼種,但其淬透性優點,是其他鋼種所無法比擬的,市場有需求。

  高強度螺栓調質淬火時需要整個截面90%以上獲得馬氏體組織。風電高強度螺栓直徑均大于30mm,淬火介質選用影響最大,當油淬火時不能滿足力學性能要求,則必須采用水淬,原則是在不淬裂的前提下盡量采用水溶液。因為水淬有較多的優點,如有較深的淬硬層、良好的力學性能、生產成本低等。

  的沖擊韌度和淬透性,當直徑超過45mm時,必須采用水溶液,以保證淬硬層深度。

  根據不同鋼號的臨界點確定加熱溫度(一般在8503左右),然后淬火+高溫回火,在500~6003之間的高溫回火(調質處理),使10.9級風電高強度螺栓具有良好綜合力學性能。中碳合金鋼的臨界點溫度和熱處理工藝如表3所示。

  表3中碳合金鋼熱處理工藝鋼號臨界點溫度/3熱處理工藝5.超細晶粒鋼及新材料高強螺栓屬于帶缺口零件,具有很高的缺口敏感性,容易在缺口集中部位處,桿與頭部的過渡處或螺紋根部產生延遲斷裂。

  風電高強螺栓的弱點是在自然環境下,對延遲斷裂比較敏感。延遲斷裂通常是在常溫下伴隨大的塑性變形,而且在屈服強度低得多的情況下發生的,往往不易察覺,成為危害比較大的安全隱患。

  耐延遲斷裂的具體措施之一是細化晶粒,為此,國內外都在廣泛地研宄開發超細晶粒鋼。如:日本住友金屬的ADS系列,神戶制鋼的KNDS系列,中國鋼鐵研宄總院的ADF鋼等。大連鋼廠在鋼研總院的指導下,在42C+M-鋼的基礎上,通過降低S、P、Si、Mn含量,添加微合金元素Nb,并增加M-的含量,成功地開發出1300MPD級的高強度螺栓用鋼),其綜合力學性能有較大幅度提高,在康明斯發動機上,用于12.9級缸蓋螺栓,具有良好的疲勞性能,在自然環境下的延遲斷裂試驗情況良好,未發現斷裂。制成的13.9級螺栓替代由42C+M-鋼制造的10.9級螺栓安裝在依維柯發動機的懸掛支架上,兩次通過1.5萬km的可靠性能道路試驗,突破了國際上最高只有12.9級螺栓的限制。

  近年來大量采用的鋼結構用緊固件,抗拉強度超過1200MPd,國外采用KDS2鋼(代替SCM440鋼)制造12.9級螺栓,延遲斷裂有明顯改善;我國采用45C+NiMTi在1500MPd級別鋼結構連接副上使用,其性能優于回火馬氏體(鉻鉬系列鋼)高強度緊固件。

  目前,國外開發的還有U20Si超高強度鋼(無碳化物貝氏體/馬氏體復相鋼)和國內開發的免退火冷鐓鋼棒料或簡化退火線材,己經在風電緊固件上得到大量使用。6.結語眾所周知,螺栓的破壞大部分是疲勞破壞,而螺栓又是多缺口、易于應力集中的零件,過高地要求螺栓的使用強度,即抵抗靜拉能力提高了,而動載疲勞強度并非隨著抗拉強度增加而提高。為此,熱處理時將10.9級風電機組高強度螺栓抗拉強度+m控制在1050-1130MPd,螺紋在熱處理后滾絲成形,這樣在螺栓的內部產生較大的殘余壓應力,從而減緩裂紋的形成,因而可以大大提高螺栓的疲勞強度。

  風電用高強度螺栓作為機械基礎件,如今世界各國都在重視強化技術,對緊固件用鋼要求具有更高的強度、抗延遲破壞性能、耐腐蝕性,加工性能都提出了新要求。

  近年來,隨著我國鋼鐵企業的技術進步,高強度、高耐熱、高成型緊固件棒材線材的大量推出,既能滿足曰益嚴格的風電用高強度螺栓力學性能的要求,也能支持風電發電機組整機與零部件的國產化。MW

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