JP7195487B1 - 純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼およびその製錬方法 - Google Patents

純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼およびその製錬方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、純度、信頼性を向上させる風発電歯車用鋼を提供する。化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１５～０.１９％、Ｓｉ≦０.４％、Ｍｎ：０.５～０.７％、Ｐ≦０.０１２％、Ｓ≦０.００６％、Ｃｒ：１.５～１.８％、Ｍｏ：０.２８～０.３５％、Ｎｉ：１.４～１.７％、Ａｌ：０.０２～０.０４％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。製錬方法は、原料を転炉に入れて一次製錬を行い、精錬炉に移して精錬し、真空脱ガスした後に連続鋳造し、ガス保護炉に移してエレクトロスラグ再溶融を行う。本発明の連続鋳造で得た純粋なエレクトロスラグマスターバッチは、エレクトロスラグ再溶融工程を経て、材料の純度をさらに向上させた。製造された鋼材料は風力発電歯車に用いられ、探傷合格率が顕著に向上させ、且つ鋼材料における大粒介在物が顕著に減少し、介在物がより細かく且つ分散する。

Description

本発明は、金属製錬技術分野に属し、具体的には、純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼およびその製錬方法に関する。
現在、中国国内の風力発電業界の発展はますます急速になり、風力発電ユニットが常にゴビ、荒漠、海洋等の自然条件が比較的悪い区域に取り付けられており、歯車箱が故障すると、メンテナンスが極めて困難であるため、その信頼性の要求は一般的な機械よりもはるかに高くなった。歯車箱の製造コストは、一般的に、風力発電装置の総製造コストの１５～２０％を占め、その研究と開発は風力発電技術のコアである。
業界内において、風力発電歯車材料の純度、耐用年数及び変速歯車箱のメンテナンス、交換周期にはより高度な要求が為される。歯車（ギア）は歯車箱（ギアボックス）におけるコア材料であり、純度や緻密性等の因子が歯車の耐用年数を決定し、歯車の耐用年数は、常に一台の風力発電歯車箱の全体耐用年数を決定する。
従来の風力発電歯車箱の歯車材料は、いずれも、電気炉型鋳塊に由来し、プロセス経路は、「電気炉製錬－炉外精錬－真空脱ガス－鋳造鋼塊」であり、そのプロセスは、長年の発展を経て、成熟に向かう傾向であるが、現在の電気炉鋼塊の製鋼プロセスでは、製鋼過程において耐火材料が浸食されて溶鋼に落ちて外生介在物を形成しやすくなったり、製錬過程を完全にガス保護下におくことができず、内生介在物を形成しやすくなったり、という２つの問題が存在して未だ効果的な解決に到っていない。
したがって、その純度を効果的に保障することができないことにより、鋼における大粒子介在物を完全に回避することが困難である。それ以外に、現在の風力発電歯車箱の歯車の生産及び使用過程に依然として様々な問題（例えば探傷不良率が高く、歯車の疲労寿命が短いことによる断裂しやすい等の問題）が存在して未だ効果的に解決することができない。
したがって、上記従来技術の不足に対する改良技術案を提供する必要があり、高純度や高信頼性の歯車材料を探すことは、将来の風力発電業界の発展の方向になる。
本発明の目的は、純度、信頼性を向上させる風発電歯車用鋼およびその製錬方法を提供し、上記従来技術における製鋼過程において介在物の形成による鋼の純度を保障できないという問題を克服し、製錬された鋼を風力発電歯車に用いて風力発電歯車の探傷合格率及び歯車の疲労寿命を大幅に向上させることである。
上記目的を実現するために、本発明は以下のような技術案を提供する。
純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼であって、
前記風力発電歯車用鋼の化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１５～０.１９％、Ｓｉ≦０.４％、Ｍｎ：０.５～０.７％、Ｐ≦０.０１２％、Ｓ≦０.００６％、Ｃｒ：１.５～１.８％、Ｍｏ：０.２８～０.３５％、Ｎｉ：１.４～１.７％、Ａｌ：０.０２～０.０４％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、
原料溶銑とスクラップ（屑鋼、屑鉄）とを配合比に基づいて転炉に加えて一次製錬を行い、一次製錬溶鋼を得る、一次製錬であるステップＳ１と、
ステップＳ１で得られた前記一次製錬溶鋼が充填されたレードルを精錬炉に吊り下げ、そしてプリメルトタイプ精錬スラグを添加して精錬し、溶鋼の成分を制御し、精製溶鋼を得る、精錬であるステップＳ２と、
ステップＳ２で得られた精製溶鋼に対して真空脱ガス処理を行い、溶鋼における水素及び酸素を除去する、真空脱ガスであるステップＳ３と、
ステップＳ３に真空脱ガスされた溶鋼のレードルを連続鋳造レードルに吊り下げ、スラグ検出、ロングノズル不活性ガス保護及び浸漬ノズル保護、タンディッシュ不活性ガス保護、タンディッシュカバースラグ、連続測温、結晶器プリメルトスラグを採用する鋳造の保護、液面の自動的な制御、結晶器の電磁撹拌、二次冷却帯の水の動的な制御、及び終段の電磁撹拌を行い、恒温定引張速度で、連続鋳造スラブを得る、連続鋳造であるステップＳ４と、
ステップＳ４で得られた前記連続鋳造スラブをエレクトロスラグ炉に入れ、エレクトロスラグ炉にガス保護装置が設けられ、ガス保護装置から保護ガスを充填し、そしてスラグ材を加え、スラグ化した後にパイロット（点弧、点火）、溶製、補縮を行い、純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を得る、ガス保護炉エレクトロスラグ再溶融であるステップＳ５と、を含む。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ１において前記溶銑を転炉に入れる前にＫＲ脱硫装置を用いて脱硫する必要があり、脱硫された後の溶銑に占めるＳの割合は、質量％で、０.００３％以下である。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ１において原料に占める前記溶銑の割合は、質量％で、８０～９０％であり、残部はスクラップであり、
好ましくは、前記スクラップは、良質スクラップであり、前記スクラップにおける不純物は、質量％で、Ａｓ≦０.０４％、Ｓｎ≦０.０３％、Ｐｂ≦０.００２％、Ｓｂ≦０.００５％、Ｃｕ≦０.２０％、Ｔｉ≦０.０００５％、を含み、前記スクラップは、放射≦０.１５μＳｖ/ｈ又は放射性≦０.１Ｂｑ/ｇを満たす。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、質量％で、ステップＳ１で得られた前記一次製錬溶鋼に占めるＴｉの割合は、０.００２％以下であり、Ｃａの割合は、０.００１％以下である。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ２におけるプリメルトタイプ精錬スラグの主成分は、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＦ２を含み、
好ましくは、ステップＳ２で得られた前記精製溶鋼における介在物のレベルは、Ａ細≦１.５級、Ａ太（粗）≦０.５級、Ｂ細≦１.０級、Ｂ太≦０.５級、Ｃ細＝０級、Ｃ太＝０級、Ｄ細≦１.０級、Ｄ太≦１.０級、ＤＳ≦１.０級に達する。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ３における前記真空脱ガス処理は、ＲＨ真空循環脱ガスを採用し、真空度≦６７Ｐaに達し、
前記真空脱ガス処理した後、質量％で、溶鋼に占める水素の割合は、１.０ｐｐｍ未満であり、溶鋼に占める酸素の割合は、５.０ｐｐｍ以下である。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ４において前記恒温定引張速度は、具体的に、温度が１５００～１６００℃であり、引張速度が０.２～０.２８ｍ/ｍｉｎであり、
好ましくは、ステップＳ４で得られた前記連続鋳造スラブの中心収縮孔は、１.０級以下であり、
より好ましくは、前記連続鋳造スラブの内部介在物のレベルは、Ａ系介在物≦１.５級、Ｂ系介在物≦１.０級、Ｃ系介在物≦０.５級、Ｄ系介在物≦１.０級である。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ５においてエレクトロスラグ再溶融の時に添加されたスラグ材は二元スラグ系であり、前記二元スラグ系はＣａ系化合物とＡｌ系化合物で構成され、
好ましくは、前記二元スラグ系は、ＣａＦ２及びＡｌ２Ｏ３スラグ系であり、ＣａＦ２とＡｌ２Ｏ３との質量比は７：３である。
上記のような純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、好ましい方案として、ステップＳ５において前記溶製の溶融速度は１２～１５ｋｇ/ｍｉｎであり、
好ましくは、ステップＳ５において充填された前記保護ガスはアルゴンガス又は窒素ガスであり、
より好ましくは、ステップＳ５において充填された前記保護ガスはアルゴンガスである。
本発明に提供された技術案は、最も近い先行技術と比べ、以下の優れた効果を有している。
本発明における製錬方法は、従来工程を基に、「電気炉製錬＋ダイカスト」から「転炉製錬＋連続鋳造」へ変更する同時に、「ガス保護炉エレクトロスラグ再溶融」の工程を追加し、連続鋳造プロセスを採用して純粋なエレクトロスラグマスターバッチを得て、連続鋳造後にエレクトロスラグ再溶融工程を追加し、材料の純度をさらに向上させ、エレクトロスラグ再溶融過程において、液体金属がスラグ池に覆われることにより、再酸化を回避し、同時に、水冷結晶器内に溶融し精錬し凝固することにより、耐火材料が鋼に対する汚染を途絶し、鋼塊が凝固する前に、その上端に保温と補縮の役割を果たして鋼塊の緻密性を保証する金属溶融池及びスラグ池があり、不活性ガスの保護雰囲気でエレクトロスラグ再溶融を行うとともに、従来装置を基に、対応する補助装置（ガス保護エレクトロスラグ炉の二層煙カバー）を追加し、ガス保護の効果を補強し、焼損しやすい合金元素の過度焼損を効果的に回避し、それを比較的狭い範囲内に制御させるとともに、内生介在物の発生を回避する。
本発明における製錬方法により製造された鋼材料は風力発電歯車に用いられ、使用後の探傷検出が優れ、プロセス変更前の従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、探傷合格率が顕著に向上させる一方、生産効率も向上させ、ＡＳＰＥＸ走査により、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、本発明における製錬方法により製造された鋼材料における大粒介在物が顕著に減少し、高倍率顕微鏡で観察すると、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べ、本発明により製造された鋼材料における介在物がより細かく且つ分散し、酸洗低倍組織の比較により、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、本発明により製造された鋼材料の低倍組織はより緻密である。
本願の一部を構成する明細書図面は、本発明への更なる理解を提供するために用いられ、本発明の模式的な実施例及びその説明は、本発明への解釈のために用いられ、本発明に対する不適当な限定にならない。ただし、
本発明の具体的な実施例１及び比較例１で製錬された風力発電歯車用鋼の鋼における最大介在物の寸法ＡＳＰＥＸ走査試験結果の比較図である。 本発明の具体的な実施例１における風力発電歯車用鋼材料の高倍顕微鏡での形態である。 本発明の具体的な比較例１における風力発電歯車用鋼材料の高倍顕微鏡での形態である。 本発明の具体的な実施例１における風力発電歯車用鋼材料の酸洗による低倍組織図である。 本発明の具体的な比較例１における風力発電歯車用鋼材料の酸洗による低倍組織図である。
以下、本発明の実施例における技術案を明確で完全に説明し、明らかにするのは、説明された実施例は本発明の一部の実施例だけであり、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づき、当業者が得られた全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
以下、図面を参照して実施例を組み合わせて本発明を詳細に説明する。なお、対立する状況がない場合、本発明における実施例及び実施例における特徴は互いに組み合わせることができる。
本発明における純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法は、従来工程を基に、「電気炉製錬＋ダイカスト」から「転炉製錬＋連続鋳造」へ変更する同時に、「ガス保護炉エレクトロスラグ再溶融」の工程を増加し、エレクトロスラグ再溶融過程において、液体金属がスラグ池に覆われることにより、再酸化を回避し、同時に、水冷結晶器内に溶融し精錬し凝固することにより、鋼に対する耐火材量の汚染を途絶し、鋼塊が凝固する前に、その上端に保温と補縮の役割を果たして鋼塊の緻密性を保証する金属溶融池及びスラグ池があり、不活性ガスの保護雰囲気でエレクトロスラグ再溶融を行うとともに、従来装置を基に、対応する補助装置（ガス保護エレクトロスラグ炉の二層煙カバー）を追加し、ガス保護の効果を補強し、焼損しやすい合金元素の過度焼損を効果的に回避し、それを比較的狭い範囲内に制御させるとともに、内生介在物の発生を回避する。
本発明は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１５～０.１９％（例えば、０.１５％、０.１５５％、０.１６％、０.１６５％、０.１７％、０.１７５％、０.１８％、０.１８５％、０.１９％）、Ｓｉ≦０.４％（例えば、０％、０.０５％、０.１％、０.１５％、０.２％、０.２５％、０.３％、０.３５％、０.４％）、Ｍｎ：０.５～０.７％（例えば、０.５％、０.５５％、０.６％、０.６５％、０.７％）、Ｐ≦０.０１２％（例えば、０.００２％、０.００４％、０.００６％、０.００８％、０.０１％、０.０１２％）、Ｓ≦０.００６％（例えば、０.００１％、０.００２％、０.００３％、０.００４％、０.００５％、０.００６％）、Ｃｒ：１.５～１.８％（例えば、１.５％、１.５５％、１.６％、１.６５％、１.７％、１.７５％、１.８％）、Ｍｏ：０.２８～０.３５％（例えば、０.２８％、０.２９％、０.３０％、０.３１％、０.３２％、０.３３％、０.３４％、０.３５％）、Ｎｉ：１.４～１.７％（例えば、１.４％、１.４５％、１.５％、１.５５％、１.６％、１.６５％、１.７％）、Ａｌ：０.０２～０.０４％（例えば、０.０２％、０.０２５％、０.０３％、０.０３５％、０.０４％）、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を提供する。
本発明における純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼をよりよく理解するために、本発明は、以下のステップＳ１～ステップＳ５を含む純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法をさらに提供する。
一次製錬であるステップＳ１は、
原料溶銑と良質スクラップとを配合比に応じて転炉に入れて一次製錬を行い、一次製錬溶鋼を得る。ただし、転炉製鋼は、溶銑、スクラップ等を主原料とし、外部からのエネルギー源を借りず、溶銑自体の物理的熱及び溶銑成分間の化学反応によって発生した熱で転炉において製鋼過程を完了するものである。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ１において溶銑を転炉に入れる前にＫＲ脱硫装置を用いて脱硫する必要があり、脱硫された後の溶銑に占めるＳの割合は、質量％で、０.００３％以下（例えば、０.０００５％、０.００１％、０.００１５％、０.００２％、０.００２５％、０.００３％）である。ただし、ＫＲ脱硫装置は、通気撹拌機能付きの撹拌パドルを採用し、撹拌パドルをレードル溶融池に一定の深さに進入させ、その回転による渦により、秤量された脱硫剤を供給装置を介して溶銑表面に添加し、且つ溶銑に巻き込まれた酸化カルシウム系脱硫粉剤を溶銑に十分に接触反応させ、脱硫の目的を達成する。
好ましくは、溶銑は１７８０ｍ３の大高炉溶銑を採用して焼き嵌めする。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ１において原料に占める溶銑の割合は、質量％で、８０～９０％（例えば、８０％、８２％、８４％、８６％、８８％、９０％）であり、残部はスクラップである。
好ましくは、スクラップは、良質スクラップであり、スクラップにおける不純物は、質量％で、Ａｓ≦０.０４％（例えば、０.００５％、０.０１％、０.０１５％、０.０２％、０.０２５％、０.０３％、０.０３５％、０.０４％）、Ｓｎ≦０.０３％（例えば、０.００５％、０.０１％、０.０１５％、０.０２％、０.０２５％、０.０３％）、Ｐｂ≦０.００２％（例えば、０.０００５％、０.００１％、０.００１５％、０.００２％）、Ｓｂ≦０.００５％（例えば、０.０００５％、０.００１％、０.００１５％、０.００２％、０.００２５％、０.００３％、０.００３５％、０.００４％、０.００４５％）、Ｃｕ≦０.２０％（例えば、０.０１％、０.０３％、０.０５％、０.１％、０.１５％、０.１７％、０.２％）、Ｔｉ≦０.０００５％（例えば、０.０００１％、０.０００２％、０.０００３％、０.０００４％、０.０００５％）、を含み、スクラップは、さらに、放射≦０.１５μＳｖ/ｈ（例えば、０.０２μＳｖ/ｈ、０.０４μＳｖ/ｈ、０.０６μＳｖ/ｈ、０.０８μＳｖ/ｈ、０.１μＳｖ/ｈ、０.１２μＳｖ/ｈ、０.１４μＳｖ/ｈ、０.１５μＳｖ/ｈ）又は放射性≦０.１Ｂｑ/ｇ（例えば、０.０１Ｂｑ/ｇ、０.０２Ｂｑ/ｇ、０.０３Ｂｑ/ｇ、０.０４Ｂｑ/ｇ、０.０５Ｂｑ/ｇ、０.０６Ｂｑ/ｇ、０.０７Ｂｑ/ｇ、０.０８Ｂｑ/ｇ、０.０９Ｂｑ/ｇ）を満たす。
本発明の具体的な実施例において、質量％で、ステップＳ１で得られた一次製錬溶鋼に占めるＴｉの割合は、０.００２％以下（例えば、０.００５％、０.０１％、０.０１５％、０.００２％）であり、Ｃａの割合は、０.００１％以下（例えば、０.０００２％、０.０００４％、０.０００６％、０.０００８％、０.００１％）である。
精錬であるステップＳ２は、
ステップＳ１で得られた前記一次製錬溶鋼が充填されたレードルを精錬炉に吊り下げ、そしてプリメルトタイプ精錬スラグを添加して精錬し、溶鋼の成分を制御し、精製溶鋼を得る。ただし、溶鋼の成分を制御することは、添加に必要な合金材の量を正確に計算することにより、溶鋼の成分を微調整する。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ２におけるプリメルトタイプ精錬スラグの主成分は、Ａｌ２Ｏ３及びＣａＦ２を含み、プリメルトタイプ精錬スラグが溶鋼における介在物を吸着するために用いられる。
プリメルトタイプ精錬スラグの融点が非常に低く、最も速い速度で溶融することができ、溶鋼が精錬パケットにおける滞留時間が短縮され、製錬が強化される。プリメルトタイプ精錬スラグは各種の原料が精選されて焼結又は溶融し、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を主とする鉱物を生成し、その含有量は８５％より大きく、大量のカルキ成分は溶鋼における酸素、硫黄と反応して低融点で浮上しやすい生成物を生成し、鋼における有害元素及び不純物の含有量を低減させ、溶鋼を浄化させる目的を達成する。レードル精錬において、プリメルトタイプ精錬スラグを添加するのは、製鋼時間を効果的に短縮することができ、鋼における非金属介在物を吸収する能力が強く、溶鋼浄化に対して顕著な作用を有する。
より好ましくは、ステップＳ２で得られた精製溶鋼における介在物のレベルは、Ａ細≦１.５級、Ａ太≦０.５級、Ｂ細≦１.０級、Ｂ太≦０.５級、Ｃ細＝０級、Ｃ太＝０級、Ｄ細≦１.０級、Ｄ太≦１.０級、ＤＳ≦１.０級に達する。
鋼における非金属介在物の評価方法は、ＧＢ/Ｔ１０５６１－２００５規格を参照することができる。本発明においてＪＫ規格を採用して格付し、介在物をそれぞれ、硫化物、アルミナ、ケイ酸塩及び球状酸化物であるＡ、Ｂ、Ｃ及びＤという４つの基本的なタイプに分けており、各種類の介在物は、厚さ及び直径の違いに応じて細系及び太系という２つの系列に分けられ、各介在物は、介在物の数の漸増を識別する五級（１～５）で構成される。ただし、介在物のレベルを評価する際には、ハーフレベルの評価が許可され、その結果、各試料の、介在物の種類ごとの最も悪い視野のレベル数で示す。
真空脱ガスであるステップＳ３は、
ステップＳ２で得られた精製溶鋼に対して真空脱ガス処理を行い、溶鋼における水素及び酸素を除去する。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ３における真空脱ガス処理は、ＲＨ真空循環脱ガスを採用し、真空度≦６７Ｐaに達し、通常、ステップＳ３における真空脱ガス処理の時間は２０ｍｉｎを超える（例えば、２０ｍｉｎ、２２ｍｉｎ、２４ｍｉｎ、２６ｍｉｎ、２８ｍｉｎ、３０ｍｉｎ、３２ｍｉｎ、３４ｍｉｎ、３６ｍｉｎ、３８ｍｉｎ、４０ｍｉｎ）必要がある。
真空脱ガス処理した後、質量％で、溶鋼に占める水素の割合は、１.０ｐｐｍ未満（例えば、０.１ｐｐｍ、０.２ｐｐｍ、０.３ｐｐｍ、０.４ｐｐｍ、０.５ｐｐｍ、０.６ｐｐｍ、０.７ｐｐｍ、０.８ｐｐｍ、０.９ｐｐｍ）であり、溶鋼に占める酸素の割合は、５.０ｐｐｍ以下（例えば、０.５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、１.５ｐｐｍ、２ｐｐｍ、２.５ｐｐｍ、３ｐｐｍ、３.５ｐｐｍ、４ｐｐｍ、４.５ｐｐｍ、４.８ｐｐｍ）である。
連続鋳造であるステップＳ４は、
ステップＳ３に真空脱ガスされた溶鋼のレードルを連続鋳造レードルに吊り下げ、スラグ検出、ロングノズル不活性ガス保護及び浸漬ノズル保護（浸漬で溶鋼と空気との接触を防止する）、タンディッシュ不活性ガス保護、タンディッシュカバースラグ、連続測温、結晶器プリメルトスラグを採用する鋳造の保護、液面の自動的な制御、結晶器の電磁撹拌、二次冷却帯の水の動的な制御、及び終段の電磁撹拌を行い、恒温定引張速度で、連続鋳造スラブを得る。ただし、不活性ガスはアルゴンガスであるのが好ましい。
ステップＳ４における連続鋳造は、タンディッシュにより加熱措置を誘導し、連続鋳造過程全体では恒温定引張速度を実現するものである。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ４のタンディッシュ不活性ガス保護はアルゴンガスを用いてガス保護を行い、
タンディッシュカバースラグはタンディッシュ被覆剤であり、主成分は、酸化マグネシウム、シリカ及び酸化ケイ素を含み、タンディッシュ被覆剤は、主として、断熱保温、鋼における浮上している介在物の吸着、及び空気を遮断することで溶鋼の二次酸化の防止に用いられる。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ４において恒温定引張速度は、具体的には、温度が１５００～１６００℃（例えば、１５１０℃、１５２０℃、１５３０℃、１５４０℃、１５５０℃、１５６０℃、１５７０℃、１５８０℃、１５９０℃）であり、引張速度が０.２～０.２８ｍ/ｍｉｎ（例えば、０.２１ｍ/ｍｉｎ、０.２２ｍ/ｍｉｎ、０.２３ｍ/ｍｉｎ、０.２４ｍ/ｍｉｎ、０.２５ｍ/ｍｉｎ、０.２６ｍ/ｍｉｎ、０.２７ｍ/ｍｉｎ）である。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ４で得られた連続鋳造スラブの中心収縮孔は、１.０級以下であり、
連続鋳造スラブの表面に横割れ、スラグピット、重皮等の欠陥が許さず、連続鋳造スラブの内部介在物のレベルは、Ａ系介在物≦１.５級、Ｂ系介在物≦１.０級、Ｃ系介在物≦０.５級、Ｄ系介在物≦１.０級である。
ガス保護炉エレクトロスラグ再溶融であるステップＳ５は、
ステップＳ４で得られた前記連続鋳造スラブをエレクトロスラグ炉に入れ、エレクトロスラグ炉にガス保護装置が設けられ、ガス保護装置から保護ガスを充填し、そしてスラグ材を加え、スラグ化した後にパイロット、溶製、補縮を行い、純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を得る。
エレクトロスラグ再溶融は、二次精錬技術であり、溶鋼の二次精錬と方向性凝固を結合した総合冶金鋳造プロセスである。その原理は、電流が液状スラグ池のスラグを介して熱を抵抗し、金属電極を溶融し、溶融された金属が溶滴に集め、滴下する時にスラグ層を貫通して金属溶融池に入り、そして水冷結晶器において鋼塊に結晶凝固する。
本発明の具体的な実施例において、エレクトロスラグ再溶融過程において、液体金属がスラグ池に覆われることにより、再酸化を回避し、同時に、水冷結晶器内に溶融し精錬し凝固することにより、鋼に対する耐火材量の汚染を途絶し、鋼塊が凝固する前に、その上端に保温と補縮の役割を果たして鋼塊の緻密性を保証する金属溶融池及びスラグ池がある。
また、本発明では、保護性ガスとしてアルゴンガスを選択し、同時に装置上に対応する補助装置（出願番号２０１３２０６９８９４６.０の「ガス保護エレクトロスラグ炉の二層煙カバー」を採用する）を追加し、ガス保護の効果を補強し、焼損しやすい合金元素の過度焼損を効果的に回避し、それを比較的に狭い範囲内に制御させるとともに、内生介在物の発生を回避する。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ５においてエレクトロスラグ再溶融の時に添加されたスラグ材は二元スラグ系であり、二元スラグ系はＣａ系化合物とＡｌ系化合物で構成される。
好ましくは、二元スラグ系は、ＣａＦ２及びＡｌ２Ｏ３スラグ系であり、ＣａＦ２とＡｌ２Ｏ３との質量比は７：３である。
より好ましくは、ステップＳ５におけるエレクトロスラグ再溶融の電源の周波数は１０～１２Ｈｚ（例えば、１０Ｈｚ、１０.５Ｈｚ、１１Ｈｚ、１１.５Ｈｚ、１２Ｈｚ）である。電源周波数は、鋳塊の結晶品質に対して影響を与え、低周波が鋳塊の結晶阻止に有利であるが、鋳塊中の酸素含有量を向上させるので、エレクトロスラグ再溶融過程において電源の周波数を厳密に制御する必要がある。
本発明の具体的な実施例において、ステップＳ５において溶製の溶融速度は１２～１５ｋｇ/ｍｉｎ（例えば、１２.５ｋｇ/ｍｉｎ、１３ｋｇ/ｍｉｎ、１３.５ｋｇ/ｍｉｎ、１４ｋｇ/ｍｉｎ、１４.５ｋｇ/ｍｉｎ）である。ただし、溶製過程において溶融速度の安定を維持するために、実際の使用状況に応じて、自動的で段階的に調圧する必要がある。本発明の具体的な実施例において、ステップＳ５において充填された保護ガスはアルゴンガス又は窒素ガスである。
好ましくは、保護ガスはアルゴンガスである。
以下の実施例及び比較例に用いられたスクラップにおける不純物は、質量％で、Ａｓ≦０.０４％、Ｓｎ≦０.０３％、Ｐｂ≦０.００２％、Ｓｂ≦０.００５％、Ｃｕ≦０.２０％、Ｔｉ≦０.０００５％、を含み、同時にスクラップは、放射≦０.１５μＳｖ/ｈ又は放射性≦０.１Ｂｑ/ｇを更に満たす。
実施例１
本実施例は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１７％、Ｓｉ≦０.３％、Ｍｎ：０.６％、Ｐ≦０.０１％、Ｓ≦０.００６％、Ｃｒ：１.６％、Ｍｏ：０.３０％、Ｎｉ：１.５％、Ａｌ：０.０３％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を提供する。
本実施例は、あるＡ鍛造工場が純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法を採用して風力発電歯車用鋼を製造することであり、具体的な製錬方法は、以下のステップＳ１～ステップＳ５を含む。
一次製錬であるステップＳ１は、
溶銑は１７８０ｍ３の大高炉溶銑を採用して焼き嵌め、且つ溶銑に占めるＳの割合は、質量％で、０.００３％以下になるように脱硫し、そして脱硫処理後の溶銑と良質スクラップとを８：２の質量比（原料に占める溶銑の割合は、質量％で、８０％であり、残部が良質スクラップである）に応じて転炉に入れて一次製錬を行い、一次製錬溶鋼を得る。
精錬であるステップＳ２は、
ステップＳ１で得られた前記一次製錬溶鋼が充填されたレードルを精錬炉に吊り下げ、そしてプリメルトタイプ精錬スラグを添加して精錬し、レードル精錬により溶鋼の成分を微調整して制御し、精製溶鋼を得て、精製溶鋼における介在物のレベルは、Ａ細≦１.５級、Ａ太≦０.５級、Ｂ細≦１.０級、Ｂ太≦０.５級、Ｃ細＝０級、Ｃ太＝０級、Ｄ細≦１.０級、Ｄ太≦１.０級、ＤＳ≦１.０級に達するようにする。
真空脱ガスであるステップＳ３は、
ステップＳ２で得られた精製溶鋼に対してＲＨ真空脱ガス処理を行い、質量％で、溶鋼に占める水素の割合は、１.０ｐｐｍ未満であり、溶鋼に占める酸素の割合は、５.０ｐｐｍ以下である。
連続鋳造であるステップＳ４は、
ステップＳ３に真空脱ガスされた溶鋼のレードルを連続鋳造レードルに吊り下げ、スラグ検出、ロングノズル不活性ガス保護及び浸漬ノズル保護、タンディッシュガス保護、タンディッシュカバースラグ、連続測温、結晶器プリメルトスラグを採用する鋳造の保護、液面の自動的な制御、結晶器の電磁撹拌、二次冷却帯の水の動的な制御、及び終段の電磁撹拌を行い、温度が１５５０℃、引張速度が０.２４ｍ/ｍｉｎの恒温定引張速度で、中心収縮孔が１.０級以下の連続鋳造スラブを得る。
ガス保護炉エレクトロスラグ再溶融であるステップＳ５は、
ステップＳ４で得られた連続鋳造スラブを出願番号２０１３２０６９８９４６.０の「ガス保護エレクトロスラグ炉の二層煙カバー」が設けられるエレクトロスラグ炉に入れ、アルゴンガスを充填し、そして１０Ｈｚの周波数で二元スラグ系（ＣａＦ２とＡｌ２Ｏ３との質量比は７：３である）を添加し、スラグ化した後にパイロット、１４ｋｇ/ｍｉｎの溶融速度で溶製、補縮を行い、純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を得る。
性能テスト：
あるＡ鍛造工場は本実施例における製錬方法を採用して製造された鋼を風力発電歯車箱の生産に用い、且つそれに対して探傷試験を行い、その結果、検出量が１０００件である時、探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす数が９９７件、即ち探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす合格率が９９．７％であることを示す。
本実施例により製造された鋼の円形断面を、直径方向に沿ってそれぞれ８個の点を取り、それぞれ１＃、２＃、３＃、４＃、５＃、６＃、７＃、８＃とマークし、そしてＡＳＰＥＸ走査を行い、その結果、図１に示すように、本実施例により製造された鋼における最大介在物のサイズが比較的に小さく、且つ比較例１より遥かに小さい。
本実施例により製造された鋼を１０００倍の顕微鏡で観察した結果、図２に示すように、本実施例により製造された鋼における介在物はより細かく且つ分散していた。
本実施例により製造された鋼に対して酸洗低倍組織比較を行い、その結果、図４に示すように、本実施例により製造された鋼の低倍組織はより緻密である。
実施例２
本実施例は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１５％、Ｓｉ≦０.４％、Ｍｎ：０.５％、Ｐ≦０.０１２％、Ｓ≦０.００６％、Ｃｒ：１.５％、Ｍｏ：０.２８％、Ｎｉ：１.４％、Ａｌ：０.０２％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を提供する。
本実施例は、あるＢ鍛造工場が純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法を採用して風力発電歯車用鋼を製造することであり、本実施例の製錬方法におけるステップＳ１において添加された原料である脱硫処理後の溶銑と良質スクラップとを９：１の質量比（原料に占める溶銑の割合は、質量％で、９０％であり、残部が良質スクラップである）に応じて転炉に入れて一次製錬を行い、一次製錬溶鋼を得る。他のステップは実施例１と同様であり、ここで説明を省略する。
性能テスト：
あるＢ鍛造工場は本実施例における製錬方法を採用して製造された鋼を風力発電歯車箱の生産に用い、且つそれに対して探傷試験を行い、その結果、検出量が１０００件である時、探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす数が１０００件、即ち探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす合格率が１００％であることを示す。
比較例１
本比較例は、あるＡ鍛造工場が実施例１と同じ原料を採用し、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスを採用して製造された風力発電歯車用鋼を提供し、具体的な製錬プロセスはここで説明を省略する。
本比較例により製造された風力発電歯車用鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１６％、Ｓｉ≦０.２５％、Ｍｎ：０.７％、Ｐ≦０.０１５％、Ｓ≦０.０１０％、Ｃｒ：１.５％、Ｍｏ：０.２７％、Ｎｉ：１.５２％、Ａｌ：０.０３５％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。
性能テスト：
あるＡ鍛造工場は本比較例における製錬方法を採用して製造された鋼を風力発電歯車箱の生産に用い、且つそれに対して探傷試験を行い、その結果、検出量が１０００件である時、探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす数が８７６件、即ち探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす合格率が８７．６％であることを示す。
本比較例により製造された鋼の円形断面を、直径方向に沿ってそれぞれ８個の点を取り、それぞれ１＃、２＃、３＃、４＃、５＃、６＃、７＃、８＃とマークし、そしてＡＳＰＥＸ走査を行い、その結果、図１に示すように、本比較例により製造された鋼における最大介在物のサイズが比較的に大きい。
本比較例により製造された鋼を１０００倍の顕微鏡で観察した結果、図３に示すように、本比較例により製造された鋼における介在物は、実施例１により製造された鋼における介在物に比べて非常に大きい。
本比較例により製造された鋼に対して酸洗低倍組織比較を行い、その結果、図５に示すように、本比較例により製造された鋼の低倍組織は、実施例１により製造された鋼の低倍組織に比べて粗雑である。
比較例２
本比較例は、あるＢ鍛造工場が実施例２と同じ原料を採用し、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスを採用して製造された風力発電歯車用鋼を提供し、具体的な製錬プロセスはここで説明を省略する。
本比較例により製造された風力発電歯車用鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１６％、Ｓｉ≦０.２５％、Ｍｎ：０.６５％、Ｐ≦０.０１５％、Ｓ≦０.０１０％、Ｃｒ：１.５％、Ｍｏ：０.２９％、Ｎｉ：１.５０％、Ａｌ：０.０３５％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。
性能テスト：
あるＢ鍛造工場は本比較例における製錬方法を採用して製造された鋼を風力発電歯車箱の生産に用い、且つそれに対して探傷試験を行い、その結果、検出量が１０００件である時、探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす数が８８３件、即ち探傷平底孔０.８ＦＢＨを満たす合格率が８８．３％であることを示す。
要するに、本発明における製錬方法により製造された鋼材料は風力発電歯車に用いられる場合、使用後の探傷検出が優れ、プロセス変更前の従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、探傷合格率が顕著に向上させる一方、生産効率も向上させた。ＡＳＰＥＸ走査により、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、本発明の製錬方法により製造された鋼材料における大粒介在物が顕著に減少し、高倍率顕微鏡で観察すると、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、本発明により製造された鋼材料における介在物がより細かく且つ分散し、酸洗低倍組織の比較により、従来技術における「電気炉製錬＋ダイカスト」の製錬プロセスに比べて、本発明により製造された鋼材料の低倍組織はより緻密である。
以上は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の精神および原則内で行われたいかなる修正、同等置換、改善などは、いずれも本発明の請求項の保護範囲内にある。

Claims (10)

  1. 風力発電歯車用鋼の製錬方法であって、
    原料溶銑とスクラップとを配合比に基づいて転炉に加えて一次製錬を行い、一次製錬溶鋼を得る、ステップＳ１と、
    前記ステップＳ１で得られた前記一次製錬溶鋼が充填されたレードルを精錬炉に吊り下げ、そしてプリメルトタイプ精錬スラグを添加して精錬し、溶鋼の成分を制御し、精製溶鋼を得、当該精錬において、プリメルトタイプ精錬スラグの主成分は、Ａｌ ２ Ｏ ３ 及びＣａＦ ２ を含むステップＳ２と、
    前記ステップＳ２で得られた前記精製溶鋼に対して真空脱ガス処理を行い、前記精製溶鋼における水素及び酸素を除去する、ステップＳ３と、
    前記ステップＳ３で真空脱ガスされた前記精製溶鋼のレードルを連続鋳造レードルに吊り下げて、スラグ検出、ロングノズル不活性ガス保護及び浸漬ノズル保護、タンディッシュ不活性ガス保護、タンディッシュカバースラグ、連続測温、結晶器プリメルトスラグを採用する鋳造の保護、液面の自動的な制御、結晶器の電磁撹拌、二次冷却帯の水の動的な制御、及び終段の電磁撹拌を行い、恒温定引張速度で、連続鋳造スラブを得る、連続鋳造において、
    前記タンディッシュカバースラグはタンディッシュ被覆剤であり、主成分は、酸化マグネシウム、シリカ及び酸化ケイ素を含み、
    前記恒温定引張速度は、温度が１５００～１６００℃であり、引張速度が０.２～０.２８ｍ/ｍｉｎであり、
    前記連続鋳造スラブの中心収縮孔は、１.０級以下であるステップＳ４と、
    前記ステップＳ４で得られた前記連続鋳造スラブをエレクトロスラグ炉に入れ、前記エレクトロスラグ炉にガス保護装置が設けられ、前記ガス保護装置から保護ガスを充填し、そしてスラグ材を加え、スラグ化した後にパイロット、溶製、補縮を行い、純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼を得る、ガス保護炉エレクトロスラグ再溶融において、
    前記溶製の溶融速度は１２～１５ｋｇ/ｍｉｎであり、
    前記エレクトロスラグ再溶融の時に添加されたスラグ材は二元スラグ系であり、二元スラグ系はＣａ系化合物とＡｌ系化合物で構成され、
    充填された前記保護ガスはアルゴンガス又は窒素ガスであるステップＳ５と、
    を含み、
    前記風力発電歯車用鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０.１５～０.１９％、Ｓｉ≦０.４％、Ｍｎ：０.５～０.７％、Ｐ≦０.０１２％、Ｓ≦０.００６％、Ｃｒ：１.５～１.８％、Ｍｏ：０.２８～０.３５％、Ｎｉ：１.４～１.７％、Ａｌ：０.０２～０.０４％、により構成され、残部がＦｅおよび不可避的不純物である、
    ことを特徴とする風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  2. 前記ステップＳ１において前記溶銑を前記転炉に入れる前にＫＲ脱硫装置を用いて脱硫し、脱硫された後の前記溶銑に占める硫黄の割合は、質量％で、０.００３％以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  3. 前記ステップＳ１において原料に占める前記溶銑の割合は、質量％で、８０～９０％であり、残部はスクラップである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  4. 前記スクラップは、良質スクラップであり、前記スクラップにおける不純物は、質量％で、Ａｓ≦０.０４％、Ｓｎ≦０.０３％、Ｐｂ≦０.００２％、Ｓｂ≦０.００５％、Ｃｕ≦０.２０％、Ｔｉ≦０.０００５％、を含み、前記スクラップは、放射≦０.１５μＳｖ/ｈ又は放射性≦０.１Ｂｑ/ｇを満たす、
    ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  5. 前記ステップＳ１で得られた前記一次製錬溶鋼に占めるＴｉの割合は、質量％で０.００２％以下であり、Ｃａの割合は、質量％で０.００１％以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の純度、信頼性を向上させる風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  6. 前記ステップＳ２で得られた前記精製溶鋼における介在物のレベルは、Ａ細≦１.５級、Ａ太≦０.５級、Ｂ細≦１.０級、Ｂ太≦０.５級、Ｃ細＝０級、Ｃ太＝０級、Ｄ細≦１.０級、Ｄ太≦１.０級、ＤＳ≦１.０級に達する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  7. 前記ステップＳ３における前記真空脱ガス処理は、ＲＨ真空循環脱ガスを採用し、真空度≦６７Ｐaに達し、
    前記真空脱ガス処理した後、質量％で、溶鋼に占める水素の割合は、１.０ｐｐｍ未満であり、溶鋼に占める酸素の割合は、５.０ｐｐｍ以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  8. 前記連続鋳造スラブの内部介在物のレベルは、Ａ系介在物≦１.５級、Ｂ系介在物≦１.０級、Ｃ系介在物≦０.５級、Ｄ系介在物≦１.０級である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  9. 前記二元スラグ系は、ＣａＦ２及びＡｌ２Ｏ３スラグ系であり、ＣａＦ２とＡｌ２Ｏ３との質量比は７：３である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
  10. 前記ステップＳ５において充填された前記保護ガスはアルゴンガスである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電歯車用鋼の製錬方法。
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