CN104178695B - 一种风电轴承用中碳硼微合金化钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种风电轴承用中碳硼微合金化钢，它的化学成分重量百分比为：C：0.40～0.50、Mn：0.90～1.20、Mo：0.25～0.35、Cr：0.90～1.20、Si：0.30～0.60、Al酸溶≧0.035、B：0.0008～0.003、N：≦0.0045、O：≦0.0008、H：≦0.00015、S：≦0.010、P：≦0.015，其余为Fe和正常的杂质。本发明风电轴承中碳硼微合金化钢的制备方法：采用转炉冶炼钢水，获得纯净钢坯，将钢坯加工成轴承，对轴承最终热处理，奥氏体化温度850～880℃，保温时间按照0.5分钟/mm计算，油淬后高温回火，回火温度550～650℃，保温时间按照工件厚度不同为1～2h，回火后油冷至室温。本发明成本低，性能完全达到风电轴承用钢的标准。

Description

一种风电轴承用中碳硼微合金化钢的制备方法
技术领域 本发明属于钢铁材料热处理技术领域，特别涉及一种合金钢及其制备方法。
背景技术 随着世界范围内能源危机和环境污染的进一步加剧，风能作为一种清洁可再生能源已经成为各国关注的焦点。我国所拥有的风能储量及可开发量居世界首位，风力发电已被列为国家能源发展的国策，因此风电机组的国产化非常重要。由于风电机组被安装在几十、甚至上百米的高空中，且风场往往处于高山、沿海等气温和环境差异很大的区域，造成风电机组中轴承的工作环境非常恶劣。风电厂家因此提出了对风电轴承20年服役寿命的要求。我国关于风力发电机轴承最新的标准JB/T10705-2007中提出了偏航、变桨轴承套圈一般采用42CrMo制造，也可以采用性能相当或更优的其他材料，对其低温冲击功的要求是-20℃下AkV不小于27J。
现在国内风场中安装的风力发电机组还主要为2.0MW及以下的小功率机组，其中偏航、变桨轴承套圈均采用42CrMo钢。随着对风力发电需求量的增加，大功率(5MW及以上)风电机组的开发就越为重要，而其中大功率风电轴承用钢也成为限制我国风电机组大型化的壁垒。随着单座装机容量的提高，偏航、变桨轴承套圈的壁厚也随之增加，这就对套圈用钢的淬透性提出了高的要求。经过验证，42CrMo钢的淬透性无法满足大功率风电机组用轴承套圈的要求。现在，国内尚无用于风电偏航、变桨轴承套圈的专用钢材，标准JB/T10705-2007中指出：“也可以采用性能相当或更优的其他材料”，说明风电偏航、变桨轴承套圈用钢并未限制为42CrMo钢，因此，新钢种的开发逐渐受到重视。
专利公告号CN101230441B，名称为“耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrMoVNb钢”的中国发明专利，该42CrMoVNb钢的组分和含量为：C：0.42～0.45、Si：0.15～0.30、Mn：0.60～0.90、Cr：0.90～1.20、Mo：0.15～0.30、Ni：0.35～0.60、V：0.08～0.15、Nb：0.03～0.06、Cu≦0.20、S：≦0.015、P：≦0.015、[O]:≦20ppm、[H]：≦2.0ppm，其余为Fe和正常的杂质。该发明提供了一种可用于风电偏航、变桨轴承用钢，但是添加了Ni、Nb等高价格合金元素，大幅度提高轴承的成本，同时其[O]含量控制范围较宽，容易使不同炉次冶炼钢材性能出现大幅度波动。专利公告号CN101994062A，名称为“风电轴承钢”的中国发明专利，该专利中发明公开了一种新的风电轴承钢，组分和含量为：C：0.40～0.48、Si：0.17～0.45、Mn：0.50～0.80、Cr：0.90～1.20、Mo：0.20～0.30、Ni：0.50～1.20、V：≦0.1、Al：0.015～0.04、Cu≦0.30、S：≦0.010、P：≦0.015、[O]:≦15ppm、[H]：≦1.5ppm，其余为Fe和正常的杂质。该发明提供的新型风电轴承钢，在42CrMo的基础上添加了Ni这一高价格合金元素，使得最终轴承的成本也较高，且也存在[O]含量控制范围较宽的问题。
发明内容 本发明提出了一种风电轴承用中碳硼微合金化钢及其制备方法。本发明是在42CrMo的基础上添加了微量B合金元素以提高材料的淬透性，同时适量提高了碳C、锰Mn、硅Si等合金元素含量以提高材料的强度，得到了一种低成本且性能完全满足要求的风电轴承用钢。
本发明的技术方案如下：
一种风电轴承用中碳硼微合金化钢，它的化学成分重量百分比为：C：0.40～0.50、Mn：0.90～1.20、Mo：0.25～0.35、Cr：0.90～1.20、Si：0.30～0.60、Al酸溶≧0.035、B：0.0008～0.003、N：≦0.0045、O：≦0.0008、H：≦0.00015、 S：≦0.010、P：≦0.015，其余为Fe和正常杂质。
上述风电轴承用中碳硼微合金化钢的制备方法：
(1)将上述化学成分的钢水采用常规转炉炉外精炼和真空脱气处理，通过保护浇铸工艺获得纯净钢坯，将钢坯进行热塑性加工、退火、热碾环加工成轴承；
(2)轴承的最终热处理工艺为：奥氏体化温度850～880℃，保温时间按照0.5分钟/mm计算，油淬后高温回火，回火温度550～650℃，保温时间按照工件厚度不同为1～2小时，回火后油冷至室温。
由于添加了微合金元素B，大幅度提高了材料的淬透性；利用Al合金元素来固定N元素，保证B合金元素能够起到有效的提高淬透性的作用；将42CrMo钢中的C、Si、Mn合金元素的含量提高，使材料经淬火+回火处理后的强度值满足要求，同时后两种元素含量的提高还有利于提高淬透性；严格控制钢中的O含量在8ppm以下，H含量在1.5ppm以下，进一步提高钢材的纯净度，从而提高材料的综合性能。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、力学性能完全达到风电轴承用钢的标准。
2、使用本发明中碳硼微合金化钢制作的零件表面和心部的各项力学性能更加接近。
3、在保证材料各项性能的前提下，未添加Nb、Ni等高价格合金成分，选用低价格的硼合金元素，从而使得材料的成本大幅度降低。
具体实施方式
实施例1
将化学成分(按重量百分比计)为：C：0.41、Mn：0.95、Mo：0.28、Cr：0.95、Si：0.38、Al酸溶：0.038、B：0.0015、N：0.0040、O：0.0007、H：0.00009、S：0.008、P：0.009，其余为Fe和正常杂质的钢水采用转炉冶炼，将钢水采用炉外精炼和真空脱气处理，采用保护浇铸工艺获得纯净钢坯，将钢坯进行热塑性加工、退火、热碾环加工成轴承；对上述轴承进行热处理，奥氏体化温度850℃，保温50min油淬，550℃高温回火1小时后油冷制室温。取样进行机械性能测试，结果如表1：
表1.
实施例2
将化学成分(按重量百分比计)为：C：0.45、Mn：1.10、Mo：0.29、Cr：1.03、Si：0.45、Al酸溶：0.036、B：0.0020、N：0.0037、O：0.00065、H：0.00011、S：0.0045、P：0.008，其余为Fe和正常杂质的钢水采用转炉冶炼，将钢水采用炉外精炼和真空脱气处理，采用保护浇铸工艺获得纯净钢坯，将钢坯进行热塑性加工、退火、热碾环加工成轴承；对上述轴承进行热处理，奥氏体化温度870℃，保温80分钟后油淬，600℃高温回火1.5h后油冷制室温。取样进行机械性能测试，结果如表2所示：
表2.
实施例3
将化学成分(按重量百分比计)为C：0.48、Mn：1.15、Mo：0.32、Cr：1.10、Si：0.55、Al酸溶：0.040、B：0.0028、N：0.0043、O：0.00063、H：0.00010、S：0.009、P：0.010，其余为Fe和正常杂质的钢水采用转炉冶炼，将钢水采用炉外精炼和真空脱气处理，采用保护浇铸工艺获得纯净钢坯，将钢坯进行热塑性加工、退火、热碾环加工成轴承；对上述轴承进行热处理，奥氏体化温度880℃，保温130分钟后油淬，650℃高温回火2h后油冷制室温。取样进行机械性能测试，结果如表3所示：
表3.

Claims (1)

1.一种风电轴承用中碳硼微合金化钢的制备方法，其特征在于：
(1)所述风电轴承用中碳硼微合金化钢的化学成分重量百分比为：C：0.40～0.50、Mn：0.90～1.20、Mo：0.25～0.35、Cr：0.90～1.20、Si：0.30～0.60、Al酸溶≥0.035、B：0.0008～0.003、N：≤0.0045、O：≤0.0008、H：≤0.00015、S：≤0.010、P：≤0.015，其余为Fe和正常杂质；
(2)对步骤1中成分的钢水采用常规转炉进行炉外精炼和真空脱气处理，通过保护浇铸工艺获得纯净钢坯，将钢坯进行热塑性加工、退火、热碾环加工成轴承，其特征在于：对上述轴承进行最终热处理：奥氏体化温度850～880℃，保温时间按照0.5分钟/mm计算，油淬后高温回火，回火温度550～650℃，保温时间为1～2h，回火后油冷至室温。
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