CN102367549B - 一种大型风力发电机齿轮用棒材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及齿轮钢的制备方法，是大型风力发电机齿轮用棒材及其制备方法，组分：C：0.37～0.42%，Si：0.15～0.40%，Cr：0.80～1.25%，Mn：0.50～0.90%，Mo：0.15～0.30%，S≤0.015%，Al：0.02～0.04%，O≤0.0015%，H≤0.00020%，P≤0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质。工艺：采用EAF+LF精炼+VD真空处理冶炼，控制电炉终点碳、终点磷及出钢温度，出钢过程钢包内加入合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧；精炼过程全程吹氩搅拌，充分进行脱氧、脱硫、去夹杂；在VD炉小于0.5乇的真空度下处理至少10分钟，破真空后喂入Al线控制钢中Al在0.02%～0.04%之间；连铸执行全保护及低过热度浇注，凝固末端采用中等强度轻压下工艺，轧制采用大压下轧制。本发明具有高纯净度和致密度的棒材，适应风电齿轮复杂而恶劣的工作环境。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种齿轮钢的制备方法，具体地说是一种大型风力发电机齿轮用棒材及其制备方法。
背景技术
风力发电机齿轮工作环境非常复杂，载荷交变频繁，冲击大，环境温度变化较大，特别是在风能资源丰富的高寒地带，因此对齿轮钢的低温（-40℃）冲击韧性提出特殊要求，常规齿轮钢如20CrMnTi不能满足风电齿轮的实际工况要求。
专利申请号为：200810024513.0，专利名称为：“风电用齿轮钢及其制备方法”的中国专利，其成分为C：0.40～0.46%，Si：0.15～0.38%，Cr：0.90～1.20%，Mn：0.60～1.00%，Mo：0.15～0.35%，余量为Fe和不可避免的杂质，并可添加Nb：0.01～0.10%，单位为质量百分比，该发明碳含量均在0.40以上，未对Al含量进行特殊控制，在成分上有改进余地，且棒材内部质量及纯净度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种大型风力发电机齿轮用棒材的制备方法，可以制备出具有高纯净度和致密度的棒材，适应风电齿轮复杂而恶劣的工作环境。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.37～0.42%，Si：0.15～0.40%，Cr：0.80～1.25%，Mn：0.50～0.90%，Mo：0.15～0.30%，S：≤0.015%，Al：0.02～0.04%，O：≤0.0015%，H：≤0.00020%，P：≤0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质。
大型风力发电机齿轮用棒材的制备方法，包括以下工序：EAF冶炼→LF精炼→VD真空处理→大断面连铸机轻压下工艺连铸→铸坯缓冷→铸坯检验→加热→除鳞→大压下轧制→红钢入坑→矫直→酸洗修磨→倒棱→探伤→成品检验→包装→标识→称重→入库，
EAF冶炼：控制电炉终点碳：≥0.10%，和终点磷：≤0.012%，出钢温度≥1630℃，采用偏心炉底无渣出钢，出钢过程钢包内加入合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧，出钢留钢和留渣，严禁出钢下渣；
LF精炼：通过喂铝线和添加铝粒使钢水保证Al：0.010～0.050%，全程吹氩充分搅拌，确保白渣时间≥30分钟，进行充分脱氧、脱硫和去夹杂，并将其它化学成分控制在目标范围内；
VD真空处理：在VD工位保持氩气搅拌，流量约在70～180l/min之间，真空度在0.5乇以下保持至少10分钟，破真空后按照成分目标值进行成分微调，采用喂Al线方式控制钢中Al在0.02%～0.04%，喂入CaFe线进行夹杂物变性处理，保证氩气软吹时间在10分钟以上，取成品样调包上连铸；
大断面连铸机轻压下工艺连铸：总压下量2～6mm，最佳过热度20～30℃；
铸坯缓冷：入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥500℃，保温时间≥36小时；
加热：加热温度1100～1290℃，加热时间≥240分钟；
除鳞：高压水除磷，压力≥13MPa；
大压下轧制：采用双辊可逆式轧机，最大辊径φ950 mm，单道最大压下量达80mm。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.38%，Si：0.31%，Cr：1.05%，Mn：0.78%，Mo：0.23%，S：0.001%，Al：0.035%，O：0.0008%，H：0.00012%，P：0.0082%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.39%，Si：0.25%，Cr：1.15%，Mn：0.65%，Mo：0.22%，S：0.002%，Al：0.022%，O：0.0009%，H：0.00013%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.37%，Si：0.26%，Cr：1.00%，Mn：0.70%，Mo：0.30%，S：0.002%，Al：0.027%，O：0.0014%，H：0.00018%，P：0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.39%，Si：0.15%，Cr：1.25%，Mn：0.50%，Mo：0.15%，S：0.003%，Al：0.031%，O：0.0005%，H：0.00008%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.38%，Si：0.40%，Cr：0.80%，Mn：0.90%，Mo：0.20%，S：0.005%，Al：0.033%，O：0.0007%，H：0.00010%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.40%，Si：0.30%，Cr：1.05%，Mn：0.70%，Mo：0.16%，S：0.002%，Al：0.027%，O：0.0006%，H：0.00011%，P：0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.41%，Si：0.25%，Cr：1.16%，Mn：0.76%，Mo：0.17%，S：0.003%，Al：0.031%，O：0.0007%，H：0.00011%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
前述的大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.42%，Si：0.26%，Cr：1.18%，Mn：0.62%，Mo：0.18%，S：0.003%，Al：0.033%，O：0.0009%，H：0.00012%，P：0.011%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的有益效果是：棒材产品具有很高的纯净度和致密度，P含量控制在100PPM以下，S含量控制在50PPM以下，A、D类夹杂物级别小于1.0级，B、C类夹杂物小于0.5级，中心疏松可控制到1.5级以下，具有良好的低温冲击性能，能适应风力发电机齿轮复杂而恶劣的工作环境。
具体实施方式
实施例
实施例1-5是规格为φ120mm～φ180mm的大型风力发电机齿轮用棒材具体成分如下表1（重量百分比%）：
表1
| 编号 | C | Mn | Si | P | S | Cr | Mo | Alt | H | O |
| 实施例1 | 0.38 | 0.78 | 0.31 | 0.008 | 0.001 | 1.05 | 0.23 | 0.035 | 0.00012 | 0.0008 |
| 实施例2 | 0.39 | 0.65 | 0.25 | 0.010 | 0.002 | 1.15 | 0.22 | 0.022 | 0.00013 | 0.0009 |
| 实施例3 | 0.37 | 0.70 | 0.26 | 0.006 | 0.002 | 1.00 | 0.30 | 0.027 | 0.00018 | 0.0014 |
| 实施例4 | 0.39 | 0.50 | 0.15 | 0.010 | 0.003 | 1.25 | 0.15 | 0.031 | 0.00008 | 0.0005 |
| 实施例5 | 0.38 | 0.90 | 0.40 | 0.010 | 0.005 | 0.80 | 0.20 | 0.033 | 0.00010 | 0.0007 |
| 实施例6 | 0.40 | 0.70 | 0.30 | 0.006 | 0.002 | 1.05 | 0.16 | 0.027 | 0.00011 | 0.0006 |
| 实施例7 | 0.41 | 0.76 | 0.25 | 0.010 | 0.003 | 1.16 | 0.17 | 0.031 | 0.00011 | 0.0007 |
| 实施例8 | 0.42 | 0.62 | 0.26 | 0.011 | 0.003 | 1.18 | 0.18 | 0.033 | 0.00012 | 0.0009 |
实施例1-5的大型风力发电机齿轮用棒材的制备方法，包括以下工序：EAF冶炼→LF精炼→VD真空处理→大断面连铸机轻压下工艺连铸→铸坯缓冷→铸坯检验→加热→除鳞→大压下轧制→红钢入坑→矫直→酸洗修磨→倒棱→探伤→成品检验→包装→标识→称重→入库，
EAF冶炼：控制电炉终点碳：≥0.10%和终点磷：≤0.012%，出钢温度≥1630℃，采用偏心炉底无渣出钢，出钢过程钢包内加入合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧，出钢留钢和留渣，严禁出钢下渣；
LF精炼：通过喂铝线和添加铝粒使钢水保证Al：0.010～0.050%，全程吹氩充分搅拌，确保白渣时间≥30分钟，进行充分脱氧、脱硫和去夹杂，并将其它化学成分控制在目标范围内；
VD真空处理：在VD工位保持氩气搅拌，流量在70～180l/min之间，真空度在0.5乇以下保持至少10分钟，破真空后按照成分目标值进行成分微调，采用喂Al线方式控制钢中Al在0.02%～0.04%，喂入CaFe线进行夹杂物变性处理，保证氩气软吹时间在10分钟以上，取成品样调包上连铸；
大断面连铸机轻压下工艺连铸：总压下量2～6mm，最佳过热度20～30℃；
铸坯缓冷：入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥500℃，保温时间≥36小时；
加热：加热温度1100～1290℃，加热时间≥240分钟；
除鳞：高压水除磷，压力≥13MPa；
大压下轧制：采用双辊可逆式轧机，最大辊径φ950 mm，单道最大压下量达80mm。
选取实施例的棒材夹杂物控制级别及力学性能如表2、3所示：
表2
| 夹杂物类别 | A | B | C | D |
| 细系 | ≤1.0 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤1.0 |
| 粗系 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤1.0 |
表3
由表2和表3可知，本发明棒材在下游客户加工成齿轮，用于装于高塔的大型风力发电机上，测试表明齿轮的各项性能良好，完全满足使用要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种大型风力发电机齿轮用棒材，按重量百分比包括以下组分：C：0.37～0.42%，Si：0.15～0.40%，Cr：0.80～1.25%，Mn：0.50～0.90%，Mo：0.15～0.30%，S：≤0.015%，Al：0.02～0.04%，O：≤0.0015%，H：≤0.00020%，P：≤0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述大型风力发电机齿轮用棒材按以下工序进行制备：EAF冶炼→LF精炼→VD真空处理→大断面连铸机轻压下工艺连铸→铸坯缓冷→铸坯检验→加热→除鳞→大压下轧制→红钢入坑→矫直→酸洗修磨→倒棱→探伤→成品检验→包装→标识→称重→入库；
所述EAF冶炼：控制电炉终点碳≥0.10%和终点磷≤0.012%，出钢温度≥1630℃，采用偏心炉底无渣出钢，出钢过程钢包内加入合成渣、硅锰合金、复合中铝进行预脱氧，出钢留钢和留渣，严禁出钢下渣；
所述LF精炼：通过喂铝线和添加铝粒使钢水保证Al：0.010～0.050%，全程吹氩充分搅拌，确保白渣时间≥30分钟，进行充分脱氧、脱硫和去夹杂，并将其它化学成分控制在目标范围内；
其特征在于：
所述VD真空处理：在VD工位保持氩气搅拌，流量在70～180l/min之间，真空度在0.5托以下保持至少10分钟，破真空后按照成分目标值进行成分微调，采用喂Al线方式控制钢中Al在0.02%～0.04%，喂入CaFe线进行夹杂物变性处理，保证氩气软吹时间在10分钟以上，取成品样调包上连铸；
所述大断面连铸机轻压下工艺连铸：总压下量2～6mm，过热度20～30℃；
所述铸坯缓冷：入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥500℃，保温时间≥36小时；
所述加热：加热温度1100～1290℃，加热时间≥240分钟；
所述除鳞：高压水除磷，压力≥13MPa；
所述大压下轧制：采用双辊可逆式轧机，最大辊径φ950 mm，单道最大压下量达80mm。
2.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.38%，Si：0.31%，Cr：1.05%，Mn：0.78%，Mo：0.23%，S：0.001%，Al：0.035%，O：0.0008%，H：0.00012%，P：0.0082%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.39%，Si：0.25%，Cr：1.15%，Mn：0.65%，Mo：0.22%，S：0.002%，Al：0.022%，O：0.0009%，H：0.00013%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.37%，Si：0.26%，Cr：1.00%，Mn：0.70%，Mo：0.30%，S：0.002%，Al：0.027%，O：0.0014%，H：0.00018%，P：0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.39%，Si：0.15%，Cr：1.25%，Mn：0.50%，Mo：0.15%，S：0.003%，Al：0.031%，O：0.0005%，H：0.00008%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.38%，Si：0.40%，Cr：0.80%，Mn：0.90%，Mo：0.20%，S：0.005%，Al：0.033%，O：0.0007%，H：0.00010%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.40%，Si：0.30%，Cr：1.05%，Mn：0.70%，Mo：0.16%，S：0.002%，Al：0.027%，O：0.0006%，H：0.00011%，P：0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。
8.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.41%，Si：0.25%，Cr：1.16%，Mn：0.76%，Mo：0.17%，S：0.003%，Al：0.031%，O：0.0007%，H：0.00011%，P：0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
9.如权利要求1所述的大型风力发电机齿轮用棒材，其特征在于：按重量百分比包括以下组分：C：0.42%，Si：0.26%，Cr：1.18%，Mn：0.62%，Mo：0.18%，S：0.003%，Al：0.033%，O：0.0009%，H：0.00012%，P：0.011%，余量为Fe和不可避免的杂质。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |