近日,張家港廣大特材股份有限公司協同行業合作伙伴,針對20CrMnMo鋼在高溫長時間保溫條件下的晶粒穩定性展開深入研究。該研究從微合金化和鍛后熱處理兩個維度著手,旨在提升其晶粒度穩定性,為風電齒輪箱關鍵部件提供可靠的材料解決方案。
隨著風電行業的快速發展,對齒輪箱性能提出了更為嚴苛的要求。尤其在深海、高海拔等惡劣環境下,齒輪需承受更大載荷與復雜的工況條件,材料性能穩定性面臨嚴峻挑戰。
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技術挑戰
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風電齒輪需經過長時間高溫滲碳處理以實現表面硬化,但在約940℃下保溫數十小時易引發晶粒異常長大,形成“混晶”現象。晶粒粗化將顯著降低材料的彎曲疲勞性能,進而影響齒輪的使用壽命與可靠性。國際標準對此具有明確要求:細晶粒占比需超過90%,最粗晶粒不超過3級。
為應對這一共性技術難題,廣大特材技術團隊聯合行業專家,針對風電齒輪常用材料20CrMnMo鋼開展系統性研究,致力于在高溫長時間條件下保持其晶粒穩定性。
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雙路徑推進:實現晶粒穩定的關鍵技術
研究團隊通過微合金化和鍛后熱處理雙重途徑優化晶粒穩定性。微合金化方面,研究發現:在一定氮(N)含量的基礎上,只添加鋁(Al)的試驗材料其晶粒度穩定性顯著優于同時添加鈮(Nb)和鋁(Al)的試驗材料。
熱處理方面,針對鍛后組織易引發“組織遺傳”的問題,研究團隊通過等溫退火工藝,將非平衡組織轉化為均勻的平衡組織。經過等溫退火處理的試樣在940℃長時間保溫后,晶粒均勻細小,≥5級細晶面積占比100%,有效避免了混晶的產生。這主要因為平衡組織消除了遺傳傾向,并有利于AlN顆粒的穩定釘扎。
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廣大特材的技術實踐
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張家港廣大特材股份有限公司長期深耕于特種鋼材領域,在風電材料研發與應用方面經驗豐富,公司不僅關注材料的靜態性能,更重視其在長期實際工況下的穩定性表現。
此次對20CrMnMo鋼的晶粒穩定性研究,彰顯了公司“材料-工藝-性能”一體化的研發理念。團隊從成分設計、冶煉控制到熱處理優化,形成全鏈條技術能力,并將成果應用于風電齒輪鋼生產中。通過精準的微合金化與熱處理工藝優化,確保鋼材在高溫長時間條件下保持其晶粒穩定性,從而提升齒輪的彎曲疲勞性能與使用壽命。
展望未來,隨著風電設備大型化、深海化趨勢發展,對高端齒輪鋼的需求將進一步增長。廣大特材將繼續推進材料技術創新,與行業伙伴緊密合作,為風電裝備的可靠運行與清潔能源事業的發展提供堅實的材料支撐。
▓來源:廣大特材
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