本发明专利技术公开了一种用于大型风电装置的合金钢及其工件的制造工艺，该合金钢含有下列化学成分：0.30～4.0wt％的碳、0.30～0.80wt％的硅、1.20～1.80wt％的锰、≤0.025wt％的磷、≤0.015wt％的硫、1.00～1.60wt％的铬、0.50～0.90wt％钼、0.20～0.35wt％的钒、0.05～0.12wt％的氮、0.02～0.07wt％的稀土，余量为铁及不可避免的杂质；其工件的制造工艺为铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、浇铸钢锭、火焰清理、加热、锻造、缓冷、热处理、机械加工、探伤、检验、包装入库。该合金钢与目前国内外风力发电所用的合金钢相比，抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率均有所提高、特别是低温冲击韧性显著提高。耐大气及耐海洋大气腐蚀率提高两个等级。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于风电设备上的合金钢，以及用其合金钢制成工件的方法，具体涉及一种超大直径风力发电机用新型高强度、高韧性、耐低温合金结构钢的及其工件的制造工艺，所述合金钢主要用于制造大型风力发电机主轴、风电轴承、风电齿坯，钢锭、连铸坯， 以及法兰等重型锻件。
技术介绍
随着我国工业现代化的飞速发展，能源缺口越来越大；近年来提出发展低碳经济， 新能源的开发得到全世界人们的重视。尤其是风力发电倍受瞩目，因为它是一种不产生任何污染排放的可再生的自然能源，而且与太阳能、地热、生物能发电相比，风电是当前从技术上、经济上最具有商业化规模开发条件的新能源，所以在国内外得到迅猛发展，近十年来，风力发电在全球装机容量年平均增长率为30%以上。我国的风能资源十分丰富，根据国家气象局估计，可达20 25亿KW，是我的国经济持续稳定发展的可靠能源保障。在新增风电装机容量中，过去几年主流机型为750KW，现在已逐渐大型化、重型化、 主流机型为1. 5丽及2. 5丽；所用发电机主轴由6000mm长增长到18000mm长，重量由6T增长到40T ；法兰最大外径由4000mm增长达7500mm，重量由5T增长到30T。由于风电机组在野外工作，要求可靠运行20年，要经受住各种极端恶劣天气和非常复杂的风力交变载荷；北方有严寒低温，沙尘等问题；南方有台风，抗大气腐蚀，防雷电等问题。因此，对风力发电装备用钢有很高的技术性能要求。以前国内外通常选用42CrMoA 合金钢，虽然在高强度方面能基本满足要求，但是在塑韧性能方面尚感不足，尤其是在-30°C至-60°C冲击韧性的冲击值达不到30J/cm2。因此，只有通过研究、改进合金钢中微量元素的成分及含量，以及改进合金钢的生产工艺才有可能提高冲击韧性的冲击值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种可用于超大直径风力发电设备上的新型高强度、高韧性、耐低温的合金钢，以及该合金钢的生产工艺，并且提供一种用该合金钢制造风力发电设备上工件的加工工艺。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种用于大型风电装置的合金钢， 其特征在于，所述的合金钢含有下列化学成分0. 30 4. Owt %的碳、0. 30 0. 80衬％的硅、1. 20 1. 80wt% 的锰、彡 0. 025wt% 的磷、彡 0. 015wt% 的硫、1. 00 1. 60wt% 的铬、 0. 50 0. 90wt%钼、0. 20 0. !35wt% 的钒、0. 05 0. 12wt% 的氮、0. 02 0. 07wt% 的稀土，余量为铁及不可避免的杂质。优选的技术方案是，在所述的合金钢内包含有彡0. IOwt %的铌和/或钛。进一步优选的技术方案是，所述的合金钢内下列化学成分的含量分别为0. 32 0. 38wt% 的碳、0. 40 0. 60wt% 的硅、1. 40 1. 70wt% 的锰、彡 0. 02wt% 的磷、 彡 0. OlOwt % 的硫、1. 20 1. 50wt % 的铬、0. 60 0. 80wt % 钼、0. 25 0. 35wt % 的钒、 0. 06 0. 10wt%的氮、0. 03 0.稀土。优选的技术方案还包括，在所述化学成分中钒/氮的质量比为3 4 ；或钒+铌/ 氮质量比为4 5。优选的技术方案还包括，在所述化学成分中稀土 /硫的质量比为2 3。一种用于大型风电装置的合金钢工件的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括如下工艺步骤Si、将铁水预处理后用于转炉炼钢，或将废钢用电炉炼钢；S2、将Sl步骤得到的钢水用精炼炉进一步精炼成权1至5任意一项所述的合金钢；S3、将S2步骤得到的合金钢连铸成Φ 600 Φ 800mm坯料，或13 33T的钢锭；S4、将冷却后的连铸坯料或钢锭进行火焰清理；S5、再将清理后的坯料或钢锭加热、锻造；S6、将锻造后的合金钢进行缓冷处理；S7、将缓冷处理后的锻件再进行热处理；S8、将热处理后的合金钢锻件通过机加工，制成风电装置中使用的工件；S9、将机加工后的工件进行探伤、检验；S10、将探伤、检验后的工件包装入库。其中，在所述S2步骤中，当钢水温度达到1580°C 1590°C时，可进入还原期冶炼， 此时先向钢水内喷吹硅钙合金粉、和/或电石粉、和/或铝粉，然后先加入硅锰铁合金、铬铁合金、钒铁合金和稀土合金，同时向钢水中吹氮气，在加入稀土合金应控制在稀土与硫之比为2 3 ；钒与氮之比控制在3 4。在所述S3连铸工艺中需采用如下技术措施1)保护浇铸，为了减少钢水被二次氧化和外来杂质夹杂带入钢水中，采用中间包钢水覆盖剂和结晶器保护渣，钢包与中间包之间采用长水口连接，中间包钢水通过浸入式水口进入结晶器，水口均采用氩气保护以及纤维密封圈密封；钢锭浇铸过程也采用氩气保护；2)实施动态轻压，在连铸时对钢坯进行动态轻压下；3)采用电磁搅拌，在连铸时，对钢水进行电磁搅拌；4)两次冷却，连铸时采用两次冷却，两次冷却强度为，冷却水量一般为1.5 2. OL/kg，可分区进行自动调节。在所述S6缓冷处理步骤中还需对工件进行去氢气的处理，对于尺寸较小的锻件去氢气处理，只要锻后放入缓冷坑内，缓慢冷却至200°C以下出坑即可；对于大锻件去氢气的处理工艺为将终锻后的工件快速冷却至观0 320°C，保温2 3小时，使过冷奥氏体快速分解，再加热到640 660°C保温，使钢中氢气快速逸出，保温时间可依据工件大小来而定，一般为10 20小时。在所述S7步骤中采用二步热处理法进行，先正火热处理锻件，然后再进行调质热处理；将锻件毛坯先进入热处理炉加热到860°C 士 10，保温2小时后，出炉空冷或吹风加速冷却，冷却至200 300°C，再入炉加热到870°C 士 10，保温2小时出炉，在水溶液槽中淬火，将水溶液温度控制在40°C 60°C之间，锻件冷却到200°C以下，再进入回火炉中加热到 5800C 士20，保温5 6小时，然后随炉冷却至150°C以下出炉。本专利技术的优点和有益效果在于，本专利技术采用科学合理的方法，设计出一种适合于用作超大直径重型风力发电机的主轴和法兰等锻件的合金钢的化学成分组成，同时还设计出合金钢的冶炼、浇铸、铁合金的加入方法及大型锻件制造等方面一系列有效技术措施与工艺步骤等，该合金钢(35CrMnMoVNREA)新材料与目前国内外风力发电所用的42CrMoA牌号比，抗拉强度(Rm)提高了 100 160Mpa、屈服强度(Rpa2)提高了 80 120Mpa，断后伸长率(A)提高了两个百分点，断面收缩率(Z)提高5个百分点，特别是低温冲击韧性显著提高，常温 α kV 提高 40 50J/cm2 ；-30°C α kV 提高 30 40J/cm2 ；-60°C α kV 提高 20 30J/cm2。耐大气及耐海洋大气腐蚀率提高两个等级。年腐蚀速率由1. Omm/a下降到0. 5mm/ a水平。附图说明图1是合金钢工件的制造工艺中缓冷工艺的去氢处理工艺图；图2是合金钢工件的制造工艺中热处理的正火处理工艺图；图3是合金钢工件的制造工艺中热处理的淬火处理工艺图；图4是合金钢工件的制造工艺中热处理的回火处理工艺图。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，所述的合金钢含有下列化学成分：０．３０～４．０ｗｔ％的碳、０．３０～０．８０ｗｔ％的硅、１．２０～１．８０ｗｔ％的锰、≤０．０２５ｗｔ％的磷、≤０．０１５ｗｔ％的硫、１．００～１．６０ｗｔ％的铬、０．５０～０．９０ｗｔ％钼、０．２０～０．３５ｗｔ％的钒、０．０５～０．１２ｗｔ％的氮、０．０２～０．０７ｗｔ％的稀土，余量为铁及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，所述的合金钢含有下列化学成分 0. 30 4. Owt % 的碳、0. 30 0. 80wt% 的硅、1. 20 1. 80wt% 的锰、彡 0. 025wt% 的磷、 (0. 015wt % 的硫、1. 00 1. 60wt % 的铬、0. 50 0. 90wt % 钼、0. 20 0. 35wt % 的钒、 0. 05 0. 12wt%的氮、0. 02 0. 07wt%的稀土，余量为铁及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，所述的合金钢内包含有彡0. IOwt%的铌和/或钛。3.如权利要求2所述的用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，所述的合金钢内下列化学成分的含量分别为0. 32 0. 38wt%的碳、0. 40 0. 60wt%的硅、1. 40 1. 70wt% 的锰、彡 0. 02wt% 的磷、彡 0. OlOwt % 的硫、1. 20 1. 50wt% 的铬、0. 60 0. 80wt% 钼、 0. 25 0. !35wt% 的钒、0. 06 0. IOwt % 的氮、0. 03 0.稀土。4.如权利要求3所述的用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，在所述化学成分中钒/氮的质量比为3 4 ；或钒+铌/氮质量比为4 5。5.如权利要求4所述的用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，在所述化学成分中稀土 /硫的质量比为2 3。6.一种用于大型风电装置的合金钢工件的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括如下工艺步骤S1、将铁水预处理后用于转炉炼钢，或将废钢用电炉炼钢；S2、将Sl步骤得到的钢水用精炼炉进一步精炼成权1至5任意一项所述的合金钢；S3、将S2步骤得到的合金钢连铸成Φ600 Φ 800mm坯料，或13 33T的钢锭；S4、将冷却后的连铸坯料或钢锭进行火焰清理；S5、再将清理后的坯料或钢锭加热、锻造；S6、将锻造后的合金钢进行缓冷处理；S7、将缓冷处理后的锻件再进行热处理；S8、将热处理后的合金钢锻件通过机加工，制成风电装置中使用的工件；S9、将机加工后的工件进行探伤、检验；S10、将探伤、检...
【专利技术属性】
技术研发人员：周洪亮，戴宝昌，沈忠协，朱杰，缪检，
申请(专利权)人：江阴市恒润法兰有限公司，
类型：发明
国别省市：32
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