一種風(fēng)電主軸用鋼的冶煉工藝及風(fēng)電主軸用鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)電主軸用鋼的冶煉工藝及風(fēng)電主軸用鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]截止到2012年年底，我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到7532萬kw，保持總裝機(jī)容量全球第一。風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在自然環(huán)境中，一年四季經(jīng)歷溫度、風(fēng)力等各種極端氣候的考驗(yàn)，受力情況非常復(fù)雜。由于風(fēng)電機(jī)組的大型化，零部件的結(jié)構(gòu)越來越大，風(fēng)電機(jī)組中主要部件的設(shè)計(jì)和制造問題將更加突出。主軸是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中重要的零部件，體積大，質(zhì)量大。從國內(nèi)外的風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行實(shí)際情況來看，主軸斷裂是主軸失效的主要形式，為了提高主軸的安全性和可靠性，必須保證主軸具有可靠的強(qiáng)度、剛度和足夠的疲勞壽命。提高創(chuàng)新能力和制造技術(shù)水平是對(duì)整個(gè)行業(yè)提出具體要求，也是風(fēng)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行的保證。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，主軸承擔(dān)了葉輪傳遞過來的各種載荷，并將扭矩傳遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動(dòng)彎矩傳遞給機(jī)艙和塔架。風(fēng)電機(jī)組的主軸材料應(yīng)具有良好的綜合機(jī)械性能(良好的淬透性，強(qiáng)度，耐磨性，韌性)，以適應(yīng)高應(yīng)力和抗沖擊載荷的作用。一般環(huán)境溫度下采用合金鋼42CrMo4，需要鍛造并調(diào)質(zhì)處理。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中大型鋼錠的內(nèi)部缺陷主要有偏析、夾雜物、氣體、縮孔和疏松等。缺陷的形成與冶煉、澆鑄和結(jié)晶過程密切相關(guān)，這些缺陷往往是造成大型鍛件報(bào)廢的主要原因。由于現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)電主軸用鋼材料工藝過程元素含量控制不夠精確，導(dǎo)致化學(xué)成分波動(dòng)范圍寬，鋼力學(xué)性能欠穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種內(nèi)部缺陷少、鋼力學(xué)性能穩(wěn)定的風(fēng)電主軸用鋼的冶煉工藝。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種風(fēng)電主軸用鋼的冶煉工藝，其特征在于，包括如下步驟:
S1:將潔凈廢鋼置于電弧爐內(nèi)加熱至鋼水溫度1580°C以上，吹氧造渣脫磷脫碳，攪動(dòng)熔池去氣去夾雜，然后依次加入脫氧劑去氧、鐵合金和增碳劑，將溫度控制在1650?1670°C出鋼；
S2:將SI鋼水倒入鋼包精煉爐內(nèi)，造渣并加入SiFe粉末保持白渣，加入合金微調(diào)鋼水中的元素含量，調(diào)整鋼水中鋁重量百分比為0.035?0.045%；
S3:將S2所得溫度為1650?1690°C的鋼水轉(zhuǎn)入鋼包精煉爐中，66.7Pa的真空度下保持Ar壓力0.2?0.4MPa，保持至少15min，并在氬氣壓力為0.05pa下吹氬至少1min;
S4:用鋼包進(jìn)行吊包澆鑄，控制鋼水澆鑄溫度為1550?1565 °C，并對(duì)鋼錠實(shí)退火緩冷處理，得風(fēng)電主軸用鋼鋼錠。
[0006]優(yōu)選的技術(shù)方案為，S4中退火緩冷處理的退火溫度為770?790°C，退火保溫時(shí)間為44?50h，鋼錠緩冷至200°C以下出爐。采用上述退火緩冷工藝有助于消除鋼錠的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，還可以使鋼錠中以分子形式存在的氫脫溶和脫除，減少鋼錠內(nèi)的氫脆白點(diǎn)，有助于優(yōu)化鋼錠的機(jī)械性能，而且得到的鋼錠裂紋敏感性明顯降低。
[0007]優(yōu)選的技術(shù)方案為，鋼錠澆鑄鋼水進(jìn)入帽口時(shí)向帽口處加入發(fā)熱劑，發(fā)熱劑的加入量與鋼錠的重量比為1.3?1.7。通過調(diào)節(jié)發(fā)熱劑的加入量，控制鋼錠界面溫度的下降速度，延長鋼水凝固之間，有助于使鋼錠獲得較優(yōu)的彈性模量，并且能減少帽口處鋼材質(zhì)內(nèi)部的縮孔現(xiàn)象。
[0008]優(yōu)選的技術(shù)方案為，SI出鋼鋼水的組成中，按重量百分比計(jì)，碳不大于0.28%、硅不大于0.15%、錳不大于0.5%、磷不大于0.01%、鉻不大于1.4%、鎳不大于1.4%、銅不大于0.15%、鉬不大于0.15%。將SI出鋼鋼水的元素組成控制在上述范圍內(nèi)，有助于使元素組成波動(dòng)范圍更窄，殘余元素和有害元素的含量少，進(jìn)一步優(yōu)化鋼的力學(xué)性能
優(yōu)選的技術(shù)方案為，S2中造渣所用造渣劑為碳化硅。
[0009]為了減少澆鑄過程中鋼流與大氣的接觸，防止易氧化元素被氧化，保證鋼中盡可能少的夾雜，優(yōu)選的技術(shù)方案為，澆鑄工序采用鋼包鋼流氬氣保護(hù)裝置。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)方案為，澆鑄速度為1.25?1.47t/min。澆鑄速度的控制有助于得到合適的鋼水冷卻速度，使鋼組織更均勻、細(xì)小和致密，鋼綜合性能優(yōu)良。
[0011]本發(fā)明還在于提供一種風(fēng)電主軸用鋼，其特征在于，按重量百分比計(jì)，其組成包含:0.3?0.4%的碳、0.2?0.38%的硅、0.5?0.7%的錳、0.02%以下的磷、0.015%以下的硫、1.4?1.7%的鉻、1.4?1.7%的鎳、0.2%以下的銅、0.15?0.3%的鉬、0.05%以下的鈮，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0012]通過調(diào)整剛組成中碳、硅、錳、磷、硫、鉻、鎳、鉬等元素的重量百分比，鉻、鉬有助于控制奧氏體晶粒的尺寸，碳、硅、錳、鉻、鎳、鉬都有助于增加鋼的淬透性，錳能改善沖擊韌性，表現(xiàn)在稍微降低其脆性轉(zhuǎn)化溫，含量增加時(shí)，脆性轉(zhuǎn)化溫度降低加入少量的，可以減弱高溫回火脆性傾向，硅元素雖然對(duì)鋼的淬透性增加作用明顯，但是其不利于回火索氏體的沖擊韌性優(yōu)化;鈮可以細(xì)化晶粒。上述組成的鋼兼具優(yōu)良的淬透性和沖擊韌性，高溫回火脆性傾向不明顯，符合風(fēng)電主軸用鋼的綜合機(jī)械性能要求。
[0013]優(yōu)選的技術(shù)方案為，按重量百分比計(jì)，不可避免的雜質(zhì)中氫的含量不大于2ppm，氧的含量不大于50ppm，氮的含量不大于70ppm。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，按重量百分比計(jì)，其組成包含:0.32?0.36%的碳、0.22?0.35%的硅、0.52?0.68%的錳、0.015%以下的磷、0.01%以下的硫、I.42?I.65%的鉻、I.42?I.65%的鎳、0.15%以下的銅、0.16?0.25%的鉬、0.0I?0.03%的鋁、0.001?0.05%的鈮，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
風(fēng)電主軸用鋼的冶煉工藝步驟簡單，鋼組織更均勻、細(xì)小和致密，鋼綜合性能優(yōu)良；
鋼材料在各步驟中設(shè)備中的溫度不一，SI中的鋼液溫度達(dá)到1580 V后方能開始吹氧操作，否則氧化去除磷和其他雜質(zhì)效果較差;S2中通過再造新渣，使鋼液中的氧和硫元素盡可能的降低，有利于合金微調(diào)時(shí)所有的元素都能穩(wěn)定的進(jìn)入到內(nèi)控規(guī)格;S3中出鋼鋼水溫度有助于補(bǔ)償真空脫氣處理的溫度損失;真空吹氬可使鋼包內(nèi)的鋼-渣進(jìn)一步乳化，鋼中夾雜得以吸附，能進(jìn)一步降低鋼液中的硫和夾雜，同時(shí)能降低氫和氮含量； 鋼液中由于含有較高的鉻、鎳、鉬元素，容易形成各類夾雜，真空吹氬后的低壓吹氬能進(jìn)一步減少鋼中各類夾雜物；
夾雜量多容易在澆鑄過程中結(jié)晶凝固選分結(jié)晶傾向嚴(yán)重，嚴(yán)格控制澆鑄溫度可以明顯改善上述結(jié)晶傾向；
采用上述冶煉工藝所得鋼錠氫含量值為1.1-1.5ppm，平均值為1.3ppm，氮含量平均在46.2ppm，有害元素硫含量平均含量為0.002%;
本發(fā)明風(fēng)電主軸用鋼元素組成波動(dòng)范圍窄，有利于簡化鋼錠的后續(xù)處理、且鋼力學(xué)性能更穩(wěn)定；
殘余元素銅、鈮，有害元素磷、硫和氣體元素氫、氧、氮含量少，鋼組成更潔凈，內(nèi)部缺陷少；另外，采用不同重量百分比的碳、硅、錳、磷、硫、鉻、鎳、鉬與鐵元素混合，鋼兼具優(yōu)良的淬透性和沖擊韌性，高溫回火脆性傾向不明顯，符合風(fēng)電主軸用鋼的綜合機(jī)械性能要求。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1
實(shí)施例1風(fēng)電主軸用鋼的冶煉工藝，包括如下步驟:
S1:將潔凈廢鋼置于電弧爐內(nèi)加熱至鋼水溫度1580°C，吹氧造渣脫磷脫碳，攪動(dòng)熔池去氣去夾雜，然后依次加入脫氧劑去氧、鐵合金和增碳劑，將溫度控制在1650°C出鋼；
S2:將SI鋼水倒入鋼包精煉爐內(nèi)，造渣并加入SiFe粉末保持白渣，加入合金微調(diào)鋼水中的元素含量，調(diào)整鋼水中鋁重量百分比為0.035%;
S3:將S2所得溫度為1650°C的鋼水轉(zhuǎn)入鋼包精煉爐中，66.7Pa的真空度下保持Ar壓力0.2Mpa保持15min，并在氬氣壓力為0.05pa下吹氬1min;
S4:用鋼包進(jìn)行吊包澆鑄，控制鋼水澆鑄溫度為1550 0C，并對(duì)鋼錠實(shí)退火緩冷處理，得風(fēng)電主軸用鋼鋼。
[0018]S4中退火緩冷處理的退火溫度為770°C，退火保溫時(shí)間為44h，鋼錠緩冷至200°C出爐。
[0019]鋼錠澆鑄鋼水進(jìn)入帽口時(shí)向帽口處加入發(fā)熱劑，發(fā)熱劑的加入量與鋼錠的重量比為1.3kg/t。
[0020]SI出鋼鋼水的組成中，按重量百分比計(jì)，碳0.28%、硅0.15%、錳不大于0.5%、磷0.01%、鉻1.4%、鎳1.4%、銅0.15%、鉬0.15%。
[0021]S2中造渣所用造渣劑為碳化硅。
[0022]澆鑄工序采用鋼包鋼流氬氣保護(hù)裝置。
[0023]澆鑄速度為1.25t/min。
[0024]經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1的冶煉工藝所得風(fēng)電主軸用鋼按重量百分比計(jì)，其組成包含:0.3%的碳、0.38%的硅、0.5%的錳、0.02%的磷、0.015%的硫、1.7%的鉻、1.4%的鎳、0.2%的銅、0.3%的鉬、0.05%的鈮，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0025]按重量百分比計(jì)，不可避免的雜質(zhì)中氫的含量2ppm，氧的含量50ppm，氮