CN112522631A - 一种风电用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于冶金行业炼钢技术领域，提供了一种风电用钢及其制备方法，包括铬、镍、钼、铝、钒、钛和钨，所述铬占总质量分数的0.4‑0.5％，所述镍占总质量分数的0.35‑0.6％，通过在钢板的外表面喷涂铌钽合金熔液，使铌钽合金熔液在冷却后能够在钢板表面形成一层致密的铌钽合金薄膜，而铌钽合金在无机酸中只在氢氟酸中缓慢氧化，并且钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性，通过铌钽合金薄膜保护内部的钢板，避免了钢板长期暴露在空气中，容易被大气或空气中的酸性杂质腐蚀的问题，从而大大增加了风电用钢的使用周期。

Description

一种风电用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金行业炼钢技术领域，尤其涉及一种风电用钢及其制备方法。
背景技术
风能是一种可再生、无污染的绿色清洁能源，并且储量丰富，地球上约有2％的太阳能转化成风能，我国有丰富的风能资源，位居世界首位，以风电为代表的清洁能源，发展空间巨大，风力发电的主要设备有机舱、转子叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、发电机、偏航装置、电子控制装置以及塔架(塔筒)组成。
风能发电设备一般放置在室外，长期接受热晒雨露，容易遭受大气、酸雨和空气中各种杂质形成的污染物的腐蚀，长时间后，容易出现损伤，影响风力发电的发电效率。
发明内容
本发明提供一种风电用钢及其制备方法，旨在解决风能发电设备一般放置在室外，长期接受热晒雨露，容易遭受大气、酸雨和空气中各种杂质形成的污染物的腐蚀，长时间后，容易出现损伤，影响风力发电的发电效率的问题。
本发明是这样实现的，一种风电用钢，包括铬、镍、钼、铝、钒、钛和钨，所述铬占总质量分数的0.4-0.5％，所述镍占总质量分数的0.35-0.6％，所述钼占总质量分数的0.15-0.25％，所述铝占总质量分数的0.01-0.018％，所述钒占总质量分数的0.05-0.09％，所述钛占总质量分数的0.03％-0.05％，所述钨占总质量分数的0.5％-0.8％，其余为铁和不可避免的夹杂。
优选的，所述风电用钢内部的铁的含量不低于原材料总体质量分数的98％，杂质含量不超过原材料总体质量分数的0.05％。
一种风电用钢的制备方法，还包括以下步骤：
步骤1、将原料加热至熔化并搅拌；
步骤2、导出熔液至模具中制成钢锭；
步骤3、对钢锭加热后进行快速压轧；
步骤4、待钢锭冷却后对钢锭进行循环热处理工艺；
步骤5、将钢锭加工压制成钢板；
步骤6、将铌、钽原料投入熔炉加热至熔融状态；
步骤7，将铌钽合金熔液喷涂在钢板表面；
步骤8、对成型钢板进行保温处理。
优选的，所述步骤1中，原料加热温度不低于3350摄氏度，所述原料熔液的搅拌时间不低于10分钟。
优选的，所述步骤2中，模具采用陶土模具，所述模具的内部设有用于填充冷却液降温的冷却腔。
优选的，所述步骤3中，加热温度为奥氏体变相温度以上，快速压轧时的压力大小不低于250千帕每平方米。
优选的，所述步骤3中，压轧后需要保温等待40至60分钟，然后将成型钢锭快速降温冷却至室温。
优选的，所述步骤4中，对成型钢锭进行反复循环低温压轧，压轧次数为4至6次，每次压轧过后均对成型钢锭进行快速淬火。
优选的，所述步骤7中，铌钽合金熔液喷涂在钢板表面上的涂层的厚度不低于0.02厘米，所述钢板侧面涂层厚度不低于0.05厘米。
优选的，所述步骤8中，对成型钢板进行保温的温度为160摄氏度，保温时间不低于24小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种风电用钢及其制备方法，通过在钢板的外表面喷涂铌钽合金熔液，使铌钽合金熔液在冷却后能够在钢板表面形成一层致密的铌钽合金薄膜，而铌钽合金在无机酸中只在氢氟酸中缓慢氧化，并且钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性通过铌钽合金薄膜保护内部的钢板，避免了钢板长期暴露在空气中，容易被大气或空气中的酸性杂质腐蚀的问题，从而大大增加了风电用钢的使用周期。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种风电用钢，包括铬、镍、钼、铝、钒、钛和钨，铬占总质量分数的0.4-0.5％，镍占总质量分数的0.35-0.6％，钼占总质量分数的0.15-0.25％，铝占总质量分数的0.01-0.018％，钒占总质量分数的0.05-0.09％，钛占总质量分数的0.03％-0.05％，钨占总质量分数的0.5％-0.8％，其余为铁和不可避免的夹杂。
在本实施方式中，在钢原料中加入占总质量分数的0.4-0.5％的铬、占总质量分数的0.35-0.6％的镍、占总质量分数的0.15-0.25％的钼、占总质量分数的0.01-0.018％的铝、占总质量分数的0.03％-0.05％的钛、占总质量分数的0.05-0.09％的钒和占总质量分数的0.5％-0.8％的钨，形成对钢铁材料合金化可有效细化晶粒，使加入合金元素后能够提高钢的再结晶温度，另一方面是强碳化合物形成元素与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级别的化合物，他们对晶体的长大起到抑制作用，从而避免了钢原料中的晶粒变大，大大提高了钢原料的强度和韧性，从而大大提高了风电用钢的使用周期。
进一步的，风电用钢内部的铁的含量不低于原材料总体质量分数的98％，杂质含量不超过原材料总体质量分数的0.05％。
在本实施方式中，铬、钼、钛、钨、钒和铝为强碳化合物形成元素与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级别的化合物，他们对晶体的长大起到抑制作用，而这种纳米级化合物所占的体积分数为2％时，对组织的细化效果最好，杂质的含量控制较低能够保证风电用钢的强度和韧性，使风电用钢的使用时间更加持久。
一种风电用钢的制备方法，还包括以下步骤：
步骤1、将原料加热至熔化并搅拌；
步骤2、导出熔液至模具中制成钢锭；
步骤3、对钢锭加热后进行快速压轧；
步骤4、待钢锭冷却后对钢锭进行循环热处理工艺；
步骤5、将钢锭加工压制成钢板；
步骤6、将铌、钽原料投入熔炉加热至熔融状态；
步骤7，将铌钽合金熔液喷涂在钢板表面；
步骤8、对成型钢板进行保温处理。
在本实施方式中，在制造时，首先将原料按照熔点从高至低的顺序分步投入热熔炉内部进行加热熔化，并等待前期投入的原料完全熔化后再继续添加其他原料，原料完全投入并熔化以后，将呈熔融状态的溶液进行充分的搅拌，使添加的化合物与铁充分混合，搅拌完成后，将热熔炉内部的金属溶液导出至模具中，并向模具内部添加冷却液，加速模具内部的金属溶液冷却固化成型，待金属溶液完全冷却固化成钢锭后，对钢锭进行脱模处理，脱模后，将成型钢材加热至奥氏体变相温度以上，然后通过热轧机在成型钢材的外表面进行快速压轧，且对成型钢材压轧时的压力大于250千帕每平方米，压轧时间不低于五分钟，使钢材在低温后大压变形，得到细晶铁素体，从而使成型钢材内部的晶体更细，在冷轧一段时间后，将成型钢材放置一段时间，并对冷轧后的成型钢材进行快速降温，避免成型钢材内部的晶体增大，然后选择快速加热能形成奥氏体的最低温度和最短时间，将成型钢材由室温加热至稍高于形成奥氏体最低温度，然后对成型钢材进行快速淬火，使成型钢材快速冷却至室温，再重复此过程，每循环一次，均能够使成型钢材内部的晶粒得到一定程度的细化，当循环七至八次后，成型钢材内部晶粒得到最大细化，从而在不需要较高压力下即可得到晶粒直径较小的成型钢锭，钢锭热循环处理后，将钢锭放入机械中压制成符合规格和尺寸的钢板，然后将铌、钽原料投入熔炉加热至熔融状态，待铌钽原料熔化后，通过微波震荡装置对原料进行震荡，避熔液中含有空气，然后将熔液喷涂在成型钢板的外表面，铌钽合金熔液喷涂在钢板表面上的涂层的厚度不低于0.02厘米，钢板侧面涂层厚度不低于0.05厘米，喷涂完成后，将钢板放置在温度为160摄氏度的保温炉内部保温24小时以上即可，通过在钢原料中加入铬、镍、钼、铝、钒、钛和钨，形成对钢铁材料合金化可有效细化晶粒，使加入合金元素后能够提高钢的再结晶温度，另一方面是强碳化合物形成元素与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级别的化合物，他们对晶体的长大起到抑制作用，从而避免了钢原料中的晶粒变大，大大提高了钢原料的强度和韧性，又通过在钢板的外表面喷涂铌钽合金熔液，使铌钽合金熔液在冷却后能够在钢板表面形成一层致密的铌钽合金薄膜，而铌钽合金在无机酸中只在氢氟酸中缓慢氧化，并且钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应，通过铌钽合金薄膜保护内部的钢板，避免了钢板长期暴露在空气中，容易被大气或空气中的酸性杂质腐蚀的问题，从而大大增加了风电用钢的使用周期。
进一步的，步骤1中，原料加热温度不低于3350摄氏度，原料熔液的搅拌时间不低于10分钟。
在本实施方式中，将原料加热至3350摄氏度，能够确保原材料中的所有金属均能够在该温度下完全熔化呈液态，将原料溶液进行充分搅拌能够将添加的化合物与铁充分混合。
进一步的，步骤2中，模具采用陶土模具，模具的内部设有用于填充冷却液降温的冷却腔。
在本实施方式中，采用陶土模具能够经受较高温度，在模具内部开设冷却腔用于添加冷却液，对导入模具中的金属熔液进行快速降温，从而提高生产效率。
进一步的，步骤3中，加热温度为奥氏体变相温度以上，快速压轧时的压力大小不低于250千帕每平方米。
在本实施方式中，将钢锭加热温度为奥氏体变相温度以上，并对成型钢材施加大于250千帕每平方米的压力压轧，使钢材在低温后大压变形，得到细晶铁素体。
进一步的，步骤3中，压轧后需要保温等待40至60分钟，然后将成型钢锭快速降温冷却至室温。
在本实施方式中，压轧后保温一段时间，用于对压轧后的钢材进行保护，对成型钢材冷却至室温的时间较短，使成型钢材的温度发生急剧变化，得到细晶铁素体。
进一步的，步骤4中，对成型钢锭进行反复循环低温压轧，压轧次数为4至6次，每次压轧过后均对成型钢锭进行快速淬火。
在本实施方式中，循环热处理后，快速冷却淬火至室温，并重复此过程6至7次，能够使成型钢内部晶粒细化程度最大，从而使成型钢的内部晶粒直径降低，得到晶粒更小的细晶钢。
进一步的，步骤7中，铌钽合金熔液喷涂在钢板表面上的涂层的厚度不低于0.02厘米，钢板侧面涂层厚度不低于0.05厘米。
在本实施方式中，在压制成型的钢板外表面喷涂铌钽合金熔液，使铌钽合金熔液在冷却后能够在钢板表面形成一层致密的铌钽合金薄膜，而铌钽合金在无机酸中只在氢氟酸中缓慢氧化，并且钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应，通过铌钽合金薄膜保护内部的钢板，避免了钢板长期暴露在空气中，容易被大气或空气中的酸性杂质腐蚀的问题。
进一步的，步骤8中，对成型钢板进行保温的温度为160摄氏度，保温时间不低于24小时。
在本实施方式中，钢板成型后，对钢板在160摄氏度的温度下进行24小时以上的保温，便于将铌钽合金与钢板外表面充分融合，从而避免了铌钽合金薄膜从钢板表面脱落的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电用钢，包括铬、镍、钼、铝、钒、钛和钨，其特征在于：所述铬占总质量分数的0.4-0.5％，所述镍占总质量分数的0.35-0.6％，所述钼占总质量分数的0.15-0.25％，所述铝占总质量分数的0.01-0.018％，所述钒占总质量分数的0.05-0.09％，所述钛占总质量分数的0.03％-0.05％，所述钨占总质量分数的0.5％-0.8％，其余为铁和不可避免的夹杂。
2.如权利要求1所述的一种风电用钢，其特征在于：所述风电用钢内部的铁的含量不低于原材料总体质量分数的98％，杂质含量不超过原材料总体质量分数的0.05％。
3.一种风电用钢的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤1、将原料加热至熔化并搅拌；
步骤2、导出熔液至模具中制成钢锭；
步骤3、对钢锭加热后进行快速压轧；
步骤4、待钢锭冷却后对钢锭进行循环热处理工艺；
步骤5、将钢锭加工压制成钢板；
步骤6、将铌、钽原料投入熔炉加热至熔融状态；
步骤7，将铌钽合金熔液喷涂在钢板表面；
步骤8、对成型钢板进行保温处理。
4.如权利要求3述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，原料加热温度不低于3350摄氏度，所述原料熔液的搅拌时间不低于10分钟。
5.如权利要求3述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，模具采用陶土模具，所述模具的内部设有用于填充冷却液降温的冷却腔。
6.如权利要求3所述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，加热温度为奥氏体变相温度以上，快速压轧时的压力大小不低于250千帕每平方米。
7.如权利要求3所述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，压轧后需要保温等待40至60分钟，然后将成型钢锭快速降温冷却至室温。
8.如权利要求3所述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，对成型钢锭进行反复循环低温压轧，压轧次数为4至6次，每次压轧过后均对成型钢锭进行快速淬火。
9.如权利要求3所述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤7中，铌钽合金熔液喷涂在钢板表面上的涂层的厚度不低于0.02厘米，所述钢板侧面涂层厚度不低于0.05厘米。
10.如权利要求3所述的一种风电用钢的制备方法，其特征在于：所述步骤8中，对成型钢板进行保温的温度为160摄氏度，保温时间不低于24小时。
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