CN104404373A - 一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料 - Google Patents

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    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper

Abstract

本发明公开了一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：C：0.02～0.14%，Cr：7～10.5%，Mn＜1.5%，Si：0.5～1.5%，Cu：0.03～0.08%，Al：3.5～5.5%，B：0.5～2.5%，余量为Fe。本发明中加入硼元素，使钢中易形成高硬度的铁硼化合物，明显改善铸钢耐磨性，部分硼溶于基体，可改善基体淬透性。

Description

一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料。
背景技术
风力发电是一项成熟的廉价电力资源，它由三相永磁发电机、风叶、塔架、拉索、控制器、逆变器、蓄电池组等组成。风力推动风叶转动时，产生的三相低压交流电经专用控制电路变为直流电给蓄电池充电储存。使用时由逆变器（逆变电源）产生220v，50Hz交流电，与使用电网供电一样方便，一次投入长期用电不花钱。一套300W风力发电机即可满足一个家庭的电视、DVD、卫星接收机、电风扇、照明等用电，若配制更大功率的风机，还可满足冰箱、小型水泵等较大用电量的电器及机械设备的使用。它是草原、海岛、山区、农场、林场、渔船等无电或常停电地区理想的电源。
例如申请号为200910028966.5，发明名称为风力发电机的叶片，涉及一种风力发电机的叶片，包括叶片本体以及与之连接的叶片根部，所述叶片本体为一空心壳体，叶片根部为整体的金属材料构成，其特征在于所述叶片壳体由钢筋骨架以及在钢筋骨架上浇注的混凝土连接构成。本发明主要为钢筋混泥土结构，比较传统玻璃钢结构的风力发电机叶片，具有更好的强度以及耐用性，而且材料易得，价格便宜，可有效降低风力发电机的造价，便于风力发电机在风力资源丰富的边远欠发达地区得到更广泛的推广。
再例如申请号为201010546214.0，发明名称为风力发电叶片用复合材料的专利，涉及一种风力发电叶片用复合材料，由环氧树脂组合物和占环氧树脂组合物重量的68～73％的纤维增强织物组成。所述环氧树脂组合物，包括重量配比为100∶28～33的A组分和B组分。A组分由环氧当量为175～185克/当量的双酚A型环氧树脂、双官能团环氧稀释剂、单官能团环氧稀释剂稀释剂、环氧偶联剂和抗氧化剂组成，B组分由脂肪族多胺和脂环族胺组成。纤维增强织物所述。本发明公开了各原料的重量配比。
风叶是风力发电中承受温度载荷最剧烈和工作环境最恶劣的部件之一，因而对其材料的要求极为苛刻。利用现有技术中采用的复合材料及常用的不饱和树脂及环氧树脂材料的风叶，其强度和抗风打击的能力跟不上现在风力发电用叶片的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种成本低、抗腐蚀性强以及耐磨性强的风力发电风叶用的铜锰合金钢材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.02～0.14%，Cr：7～10.5%，Mn＜1.5%，Si：0.5～1.5%，Cu：0.03～0.08%，Al：3.5～5.5%，B：0.5～2.5%，余量为Fe。
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.02%，Cr：7%，Mn＜1.5%，Si：0.5%，Al：3.5%，Cu：0.03%，B：0.5%，余量为Fe。
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.04%，Cr：8.5%，Mn＜1.5%，Si：0.7%，Al：4.0%，Cu：0.05%，B：1.0%，余量为Fe。
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.06%，Cr：8.5%，Mn＜1.5%，Si：0.8%，Al：4.5%，Cu：0.06%，B：1.5%，余量为Fe。
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.1%，Cr：10%，Mn＜1.5%，Si：1.0%，Al：5.0%，Cu：0.08%，B： 2.5%，余量为Fe。
本发明采用上述技术方案后，具有如下技术效果：
本发明通过改变合金钢材料的配比，适当减小硅、锰的含量，适度添加铬元素，显著提高了强度、硬度和耐磨性，并且能够提高阀门的抗氧化性和耐腐蚀性。根据本发明制造的风叶具有如下优点，具体有：
1、本发明中加入硼元素，使钢中易形成高硬度的铁硼化合物，明显改善铸钢耐磨性，部分硼溶于基体，可改善基体淬透性。
2、本发明中添加氧化剂铝，铝具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。
3、综合力学性能好，有较高的强度和疲劳强度，屈服强度能够达到1000MPa以上，抗拉强度能够达到1200MPa以上，硬度能达到520Hv以上，韧性优良。
4、本发明中添加的铜元素含量低，能提高合金钢强度和韧性，特别是大气腐蚀性能，并且可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需要预热，焊后不需要热处理。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.02%，Cr：7%，Mn＜1.5%，Si：0.5%，Al：3.5%，Cu：0.03%，B：0.5%，余量为Fe。
实施例2
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.04%，Cr：8.5%，Mn＜1.5%，Si：0.7%，Al：4.0%，Cu：0.05%，B：1.0%，余量为Fe。
实施例3
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.06%，Cr：8.5%，Mn＜1.5%，Si：0.8%，Al：4.5%，Cu：0.06%，B：1.5%，余量为Fe。
实施例4
一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，各成分及其质量百分比为：
C：0.1%，Cr：10%，Mn＜1.5%，Si：1.0%，Al：5.0%，Cu：0.08%，B： 2.5%，余量为Fe。
以上所述各成分的作用：
碳：碳是保证钢获得高强度、高硬度的有效强化元素之一，它可以显著提高钢的强度和硬度，防止淬火组织中出现铁素体。加入量过多，基体脆性增大、塑性下降。
硅：可增加碳在奥氏体中的活度，在贝氏体铁素体生长过程中，多余的碳会排向界面一侧的邻近奥氏体中，由于硅阻碍渗碳体析出，造成周围奥氏体富碳，使贝氏体铁素体片条间或片条内的富碳残留奥氏体稳定化，形成无碳化物贝氏体。硅含量较低时，由于硅抑制碳化物析出的作用较弱，促进贝氏体转变的作用也不强烈，在等温转变过程中，首先在奥氏体晶界析出贝氏体，而未转变的奥氏体在随后的冷却过程中转变为马氏体，其显微组织由贝氏体铁素体、马氏体和少量残余奥氏体组成，具有高的强度、硬度，而冲击韧性和断裂韧性较低 ；当硅含量较高时，组织中出现了大量的未转变奥氏体组织，导致材料的硬度下降。综合考虑，选择硅含量为0.5～1.5%。
锰：主要是为了提高钢的淬透性，加入量过多，将会粗化钢的组织，增大热裂倾向，综合考虑，将其含量控制在小于1.5％。
铬：能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。 
铝：脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。
硼：加入钢中易形成高硬度的铁硼化合物，明显改善铸钢耐磨性，部分硼溶于基体，可改善基体淬透性。硼加入量过多，导致脆性硼化物增多，使铸钢的强度和韧性明显下降，因此将硼加入量控制在0.5～2.5%。
铜：能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。铜含量多了塑性显著降低，尤其是在热加工时容易产生热脆。
以上实施例形成的合金钢，经过实验得到如下实验数据：
  实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
屈服强度/MPa 989 1010 1012 1020
抗拉强度/MPa 1120 1140 1200 1220
硬度/Hv 500 510 515 522
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或” 的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，其特征在于：各成分及其质量百分比为：
C：0.02～0.14%，Cr：7～10.5%，Mn＜1.5%，Si：0.5～1.5%，Cu：0.03～0.08%，Al：3.5～5.5%，B：0.5～2.5%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，其特征在于：各成分及其质量百分比为：
C：0.02%，Cr：7%，Mn＜1.5%，Si：0.5%，Al：3.5%，Cu：0.03%，B：0.5%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，其特征在于：各成分及其质量百分比为：
C：0.04%，Cr：8.5%，Mn＜1.5%，Si：0.7%，Al：4.0%，Cu：0.05%，B：1.0%，余量为Fe。
4. 根据权利要求1所述的一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，其特征在于：各成分及其质量百分比为：
C：0.06%，Cr：8.5%，Mn＜1.5%，Si：0.8%，Al：4.5%，Cu：0.06%，B：1.5%，余量为Fe。
5. 根据权利要求1所述的一种风力发电风叶用的铜锰合金钢材料，其特征在于：各成分及其质量百分比为：
C：0.1%，Cr：10%，Mn＜1.5%，Si：1.0%，Al：5.0%，Cu：0.08%，B： 2.5%，余量为Fe。
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PB01 Publication
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

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