一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种风电偏航齿圈用钢及其制备方法，所述风电偏航齿圈用钢的组分包括C：0.37～0.45％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.60～0.90％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Cr：0.90％～1.20％、Mo：0.20～0.30％、Ni：0.30～0.80％、Cu：≤0.20％、Alt：0.015～0.040％、Ti：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％、[O]≤20ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术制得的圆坯锻造加工成风电偏航齿圈，淬透性能稳定、低温性能良好，超声波探伤检测结果符合标准要求，可满足高纬度极寒地区海上(-60℃)环境条件下使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法
本专利技术属于合金结构钢
，具体涉及一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，风电发展不断超越其预期发展速度，并且一直保持着新能源发展增长最快的地位。截止2011年末，全球累计风电装机容量达到239GW(十亿瓦特)，同比增幅21.5％，满足世界电力3％的需求。2015年的全球新增风电装机容量将达到60.5GW，相较2010年的35.8GW会有明显增长。风电机组的主要构成部分为，塔筒、机舱底座、塔筒法兰和门框，风力发电机，主轴、轴承、齿轮和叶片等，风力发电机组的偏航、变桨系统，偏航系统的主要作用就是与风力发电机组的控制系统相互配合，跟踪风向的变化，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率。偏航和变桨系统要承受很大的倾覆力矩，且部分裸露在外，易受沙尘、水雾、冰冻等污染侵害。专利文献CN101250666A公开了一种风电用齿轮钢及其制备方法，该风电齿轮用钢成分为C0.40～0.46％，Mn0.60～1.00％，Si0.15～0.38％，Cr0.90～1.20％，Mo0.15～0.35％，Nb0.01～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。虽然该钢材可满足-40℃低温环境的工件要求，但针对高纬度极寒地区海上-60℃低温环境使用要求，钢的低温性能不能安全满足使用要求。
技术实现思路
本专利技术针对高纬度极寒地区海上-60℃低温环境风电偏航齿圈用钢需满足高承载、高寿命、高可靠性、耐低温冲击(Aku2≥55J，-60℃)等设计需求，结合风电机组的作业环境和使用要求，通过钢的合金化和制造工艺设计，提供了一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法。本专利技术以CrMo钢为基础，添加Ni合金元素；严格控制钢中P、S、Ti、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量以及钢中气体含量。本专利技术还提供了所述低温环境风电偏航齿圈用钢的制造方法，生产的合金结构钢纯净度高、具有优异的低温冲击韧性，钢的内部质量满足风电机组高可靠性超声波探伤要求。本专利技术提供的风电偏航齿圈用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.37～0.45％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.60～0.90％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Cr：0.90％～1.20％、Mo：0.20～0.30％、Ni：0.30～0.80％、Cu：≤0.20％、Alt：0.015～0.040％、Ti：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％、[O]≤20ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。本专利技术的技术特点之一在于钢的成分设计。本专利技术以CrMo钢为基础，添加Ni合金元素，并严格控制钢中P、S、Ti、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，以及钢中气体含量。为了提高钢的低温冲击性能，本专利技术在所述钢材中加入Ni，并将其含量控制在0.30～0.80％。本专利技术还控制作为钢中的脱氧剂的铝的含量，从保证钢液脱氧和降低钢的洁净度的角度出发，本专利技术控制Al含量为：0.015～0.040％，该范围的Al同时也可起到细晶强化的作用。此外，钢中有害元素P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi会提高钢的脆性转变温度，恶化钢的低温冲击性能，本专利技术严格控制钢中P：≤0.015％、S：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％。本专利技术中钛是强的固氮元素，Ti含量过高，析出的TiN会对低温性能和抗疲劳性能造成不利影响，因此本专利技术控制Ti：≤0.005％。此外，钢中气体含量会对钢的洁净度、氢致裂纹造成不利影响，为保证钢的可靠性和内部质量，本专利技术控制钢中[O]≤20ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm。优选的，所述钢的组成按质量百分数为：其化学成分质量百分比为：C：0.41～0.43％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.82～0.86％、P：≤0.013％、S：≤0.005％、Cr：1.12％～1.20％、Mo：0.23～0.25％、Ni：0.70～0.80％、Cu：≤0.10％、Alt：0.020～0.035％、Ti：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％、[O]≤18ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。本专利技术的技术特点之二在于通过合理的生产工艺，提高钢的纯净度，严格控制钢中氮、氧、氢含量，P、S、Ti及As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，保证材料的高承载、高寿命、高可靠性、耐低温冲击和抗疲劳等性能要求，满足风电偏航齿圈内部无缺陷质量要求。本专利技术提供了一种风电偏航齿圈用钢的制备方法，包括以下步骤：(1)冶炼，并控制冶炼过程的终点[C]：0.10～0.20％，[P]≤0.008％，[Ti]≤0.002％；优选的，本步骤采用电炉冶炼，电炉冶炼入炉原料为低钛、低铜、低磷的优质废钢及铁水，铁水比例不小于50％。电炉冶炼采用大渣量深脱碳以加强脱P、脱Ti去除操作，造好泡沫渣，控制终点[C]：0.10～0.20％，[P]≤0.008％，[Ti]≤0.002％，残余元素含量符合设计要求；控制出钢温度在1600～1640℃之间，避免出现高温回磷现象；出钢过程随钢流加钢芯铝1.5～2.5kg/t钢，为控制P、S和Ti的含量，钢包合金化注意使用低磷、低硫、低钛合金。(2)精炼，并控制全铝含量在0.020-0.035％；精炼后真空处理时控制氢含量不大于1.5ppm，真空度小于67Pa，保持时间大于25分钟；优选的，本步骤控制炉渣碱度大于3.0，精炼过程保持白渣时间大于22分钟，加强脱硫操作，精炼炉一次样前喂入铝线，全铝含量控制在0.020～0.035％的范围。LF出钢前，按照1.5～3.5m/t钢喂入钙线进行钙变质处理。精炼后真空处理，用定氢仪进行过程氢的测定，氢含量不大于1.5ppm，真空度小于67Pa，保持时间大于25分钟，VD后软吹氩时间20～30分钟，软吹氩时严禁裸露钢水和大氩气量搅拌降温。(3)浇注优选的，采用连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌。控制中间包钢水温度1518～1528℃，根据不同圆坯坯型选择拉速0.15～0.40m/min，以保证铸坯质量，制得φ500～800mm规格圆坯。本专利技术以CrMo钢为基础，添加Ni合金元素，并严格控制钢中P、S、Ti、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，以及钢中气体含量。按照上述方法制得的圆坯锻造加工成风电偏航齿圈，淬透性能稳定、低温性能良好，超声波探伤检测结果符合标准要求。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例：本实施例采用UHP超高功率电炉、LF炉外精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注圆形铸坯生产钢材，本实施例以Φ500mm规格圆坯的生产工艺来具体说明本专利技术是如何实施的。生产工艺如下：(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼入炉原料为低钛、低铜、低磷的优质废钢及铁水，铁水比例65～70％。电炉冶炼采用大渣量深脱碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电偏航齿圈用钢，其特征在于，所述风电偏航齿圈用钢按质量百分数包括：C：0.37～0.45％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.60～0.90％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Cr：0.90％～1.20％、Mo：0.20～0.30％、Ni：0.30～0.80％、Cu：≤0.20％、Alt：0.015～0.040％、Ti：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％、[O]≤20ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种风电偏航齿圈用钢，其特征在于，所述风电偏航齿圈用钢按质量百分数包括：C：0.41～0.43％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.82～0.86％、P：≤0.013％、S：≤0.005％、Cr：1.12％～1.20％、Mo：0.23～0.25％、Ni：0.74～0.75％、Cu：≤0.10％、Alt：0.020～0.035％、Ti：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％、[O]≤18ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。2.权利要求1所述的风电偏航齿圈用钢的制备方法，包括以下步骤：(1)冶炼，并控制冶炼过程的终点[C]：0.10～0.20％，[P]≤0.008％，[Ti]≤0.002％；(2)精炼，并控制全铝含量在0.020-0.035％；精炼后真空处理时控制氢含量不大于1.5ppm，真空度小于67Pa，保持时间大于25分钟；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈文英，梁娜，袁淑君，翟正龙，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37