CN101294261A - 大型风电主轴用合金结构钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型风电主轴用合金结构钢，主要由以下重量百分比含量的化学成分组成：C 0.38～0.45％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、Cr 0.90～1.20％、Ni 0.30％、Mo 0.15～0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明通过在42CrMo合金结构钢中增加改善钢的低温冲击性能的Ni合金元素0.30％，从而使其在不改变42CrMo合金结构钢力学性能的前提下，满足了风电主轴超低温(－40℃)性能的特殊要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型风电主轴用合金结构钢。属风电技术领域。
背景技术
大型风电主轴是风电行业中最关键部件，随着风电安装地区的扩大，尤其是要安装在风能资源较丰富的高寒地带，如我国的“三北”地域，因而它对材质就提出了超低温(-40℃)冲击韧性的特殊要求。
汽轮发电机关键部件发电机主轴多选用35CrMo或42CrMo合金结构钢，这不仅由于他们强度高、韧性高、淬透性高，淬火时变形小，而且它们在高温下有较高的蠕变强度和持久强度，尤其是它能长期在500℃高温条件下工作。但风电发电机主轴不强调500℃高温条件，而是特别强调它在低温条件下的性能，尤其是要求在超低温(-40℃)条件下长期工作中冲击韧性好。
在国外，风电主轴材质多选用34CrNiMo6合金钢，它有较高的强度，较高的韧性和良好的淬造性能，但这种材料的切削加工性能不好，容易粘刀，切屑难排，尤其是钻孔时要特别小心，一旦钻头断在里面就很麻烦了。我国没有这个钢号，多推荐用40CrNiMoA替代，这个钢号比34CrNiMo6碳含量略高(见附表1)它的强度稍高一些而韧性要略小一些。但是不论是34 CrNiMo6或是40CrNiMoA，它们均与我国的国情不太合，因为它们均含有合金元素Ni，而我国Ni资源较为贫乏，国内外均把它作为战略物资，国际市场上价格很贵，我国要尽量不用或少用Ni元素。
国内也推荐用合金结构钢42CrMo来替代34 CrNiMo6，42CrMo不含Ni元素，它的化学成分与34 CrNiMo6相比碳、锰、铬略高一些(见附表1)，强度性能稍高一些，韧性性能相当(见附表3)，但是42CrMo材料在国内多不作低温性能检验，近些年来由于它用途扩大，一些项目增加了低温(-20℃)冲击韧性检验要求(见附表3)，但42CrMo在超低温(-40℃)性能上尚不能完全达到34 CrNiMo6的要求，这样就向我们提出了满足大型风电主轴超低温性能的特殊要求，对合金结构钢42CrMo进行改进已成为迫切要求！
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种既能满足大型风电主轴超低温性能要求、又能少用Ni的大型风电主轴用合金结构钢。
本发明的目的是这样实现的：一种大型风电主轴用合金结构钢，主要由以下重量百分比含量的化学成分组成：
C 0.38～0.45％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、Cr 0.90～1.20％、Ni 0.30％、Mo 0.15～0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
本发明通过对42CrMo化学成分的改进，使它能满足大型风电主轴的特殊要求。
42CrMo中的C、Mn、Cr三主要元素比34CrNiMo6略高，Si、Mo则相同，C、Mn、Cr略高使42CrMo强度较高一些，但韧性略低一些，尤其是超低温韧性达不到风电主轴要求。我们看到Ni能有效改善钢的低温冲击韧性，经分析、对比我们找到了在42CrMo稍稍加入0.30％的Ni就既满足风电主轴特殊要求，这样即经济又实惠，使它能替代34CrNiMo6合金钢。
本发明具有如下特点：
本发明所增加的合金元素Ni仅相当于34CrNiMo6和40 CrNiMoA两钢号Ni含量的19％～25％，而它的使用性能就可替代34CrNiMo6和40CrNiMoA的使用性能。它拓宽了42CrMo的使用范围。尤其是在超低温方面，提高了冲击韧性。这样以改过去单方向强调42CrMo钢号的高温使用性能。
本发明用少量的Ni元素就能替代含Ni量高的合金钢，这就会使本发明的价格比34CrNiMo6或40 CrNiMoA低许多，仅原材料钢锭一项本发明的价格就仅有34CrNiMo6的57.5％，40 CrNiMoA的61.6％。
本发明与42CrMo没有增加难度，仅仅是增加了一项Ni熔炼分析成分。
本发明相对加工性能为65％，而34CrNiMo6为50％，所以它的加工性能比34CrNiMo6要好。
综上，本发明通过在42CrMo合金结构钢中增加改善钢的低温冲击性能的Ni合金元素0.30％，从而使其在不改变42CrMo合金结构钢力学性能的前提下，满足了风电主轴超低温(-40℃)性能的特殊要求。
具体实施方式
本发明涉及一种大型风电主轴用合金结构钢，主要由以下重量百分比含量的化学成分组成：C 0.38～0.45％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、Cr 0.90～1.20％、Ni 0.30％、Mo 0.15～0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe以及不可避免的杂质。具体性能分析请见以下附表。
表1：化学成份对比表
| 钢号 | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | p | s |
| 34CrNiMo6 | 0.32～0.40 | 0.17～0.37 | 0.40～0.70 | 0.80～1.10 | 1.55 | 0.15～0.25 | ≤0.025 | ≤0.015 |
| 40CrNiMoA | 0.37～0.44 | 0.17～0.37 | 0.50～0.80 | 0.60～0.90 | 1.25～1.65 | 0.15～0.25 | ≤0.025 | ≤0.025 |
| 42CrMo | 0.38～0.45 | 0.17～0.37 | 0.50～0.80 | 0.90～1.20 | 0.15～0.25 | ≤0.035 | ≤0.035 | |
| 本发明 | 0.38～0.45 | 0.17～0.37 | 0.50～0.80 | 0.90～1.20 | 0.30 | 0.15～0.25 | ≤0.035 | ≤0.035 |
表2：热处理对比表
表3：力学性能对比表
Claims (1)
1、一种大型风电主轴用合金结构钢，其特征在于所述主轴用合金结构钢主要由以下重量百分比含量的化学成分组成：C 0.38～0.45％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、Cr 0.90～1.20％、Ni 0.30％、Mo 0.15～0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
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2008
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