一种高强韧性风电齿轮钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强韧性风电齿轮钢及其制备方法，齿轮钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.12

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧性风电齿轮钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于风电齿轮钢
，具体涉及一种高强韧性风电齿轮钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]风力发电机组中的齿轮将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，由于齿面呈高频率的线接触和风电向高速、高载重、低噪声的发展要求，对齿轮钢的耐磨性、韧性、受交变弯曲应力耐疲劳强度和耐齿面接触疲劳损伤要求不断提高。现有采用CrMoH钢作齿轮钢由于连铸生产时结晶器内保护渣、水口沉淀物、氧化产物等带入钢液发生卷渣或下夹渣缺陷，钢种成分难以满足钢材力学性能要求，满足炼钢、浇铸过程中产生气孔、夹杂等缺陷使铸态组织均匀致密性下降和轧制敏感，铝、钛含量波动大造成转炉下渣不稳定，使铸坯表面易产生结疱、夹杂和裂纹缺陷，塞棒吹氩结晶液面和结晶器传热壁温度波动较大，导致结晶器出口处坯壳薄且厚度不均匀增加产生裂纹和拉漏。
[0003]因工艺条件、固液两相区温度较大、杂质元素在固液及边界选分结晶，中等过热的钢液凝固时由较大晶状体并在凝固后期断面柱状晶中心搭接和柱状晶析出溶质元素聚集，产生夹杂物、中心偏析和中心疏松问题，溶质元素在铸坯中心分布不均使钢的力学性能特别是横向性能、延展性、韧性和致密性降低，珠光体带和拉长后的夹杂粗大分散影响对夏比转变温度范围低温处的缺口韧性，不利于后续轧制和改善钢材碳化物网状和抑制马氏体等异常组织；轧制和控冷不当易使铁素体晶粒较粗降低钢材韧性，靠渗氮淬回火调整表面硬度以达到设计齿面的强度和耐磨性，但淬火过程中马氏体亚结构粗大，难以形成稳定的奥氏体岛，降低裂纹扩展阻碍作用，降低韧性，使风电齿轮钢的强度和韧性难以兼顾，造成断齿风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种高强韧性风电齿轮钢及其制备方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种高强韧性风电齿轮钢，齿轮钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.12
‑
0.23％，Si：0.17
‑
0.42％，Mn：1.7
‑
2.5％，Cr：0.4
‑
1.25％，Mo：0.5
‑
1.45％，Ni：0.35
‑
0.75％，V：0.1～0.35％，B：0.002
‑
0.007％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.01％，Al≤0.015％，Ti≤0.008％，N≤0.02％，O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
[0007]上述高强韧性风电齿轮钢的制备方法，其制备方法包括依次进行的钢水冶炼、精炼脱氧、连铸、轧制、淬火和回火工序，精炼脱氧工序中软吹氩时间≥30min，连铸工序终控制二冷水量为0.5
‑
0.9L/kg钢，拉矫压下量控制在10～25mm。
[0008]上述高强韧性风电齿轮钢的制备方法，优选地，其制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、钢水冶炼：将钢铁铁水经KR预处理加入转炉BOF吹氧脱碳处理冶炼，在氧化期
向渣层中加造渣料造渣，造渣料选用CaO与SiO2，控制转炉造渣渣碱度为2.5
‑
3.5，吸收大颗粒夹杂物降低总氧，终点碳含量≥0.12％，出钢全过程吹氩搅拌，控制出钢温度1550℃～1680℃，挡渣出钢获得钢水，满足合金化、化渣量等要求，避免钛含量波动大造成转炉下渣不稳定，从源头上减少了夹杂物的数量，优化出钢成分控制，避免夹杂物的富集造成柱状晶交界面薄弱而易产生裂纹扩展和加工易脆裂现象；
[0010]S2、精炼脱氧：采用LF+VD炉精炼处理步骤S1的钢水，LF炉的氩气流量为50～100Nm3/min，加入铝硅铁脱氧，残Al含量控制在≤0.003％，控制[O]≤0.002％，[N]≤0.04％，防止后续过程氧化物夹杂的大量生成，真空脱气后VD炉软吹氩处理，氩气压力为0.3
‑
0.5MPa，软吹氩时间≥30min，出钢温度1530℃～1650℃，保证夹杂物充分上浮，净化钢水，提高钢液纯净度，保证可浇性的同时避免温度过低发生水口堵塞、浇铸中断和连铸表面疱、夹杂和裂纹缺陷，过高对中间包耐火材料的侵蚀而引起铸流失控风险，优化合金和低残余元素控制，得到精炼脱氧钢水；
[0011]S3、连铸：将步骤S2的精炼脱氧钢水吊至连铸钢包回转台，钢水通过钢包水口进入中间包至面升达开浇位，控制中间包内过热度为5
‑
15℃，采用低过热度浇注，有效改善和降低连铸坯的成分偏析，使钢水浇入结晶器至液面超过浸入式水口下端后加入保护渣，保护渣用量为0.4
‑
0.5Kg/t钢，保护渣的组成成分按质量百分数计为：CaO：30
‑
45％，Al2O3：13～35％，SiO2：5
‑
22％，Li2O：4
‑
8％，CaF2：3
‑
8％，Na2O：1
‑
6％，C：10
‑
16％，具有适宜碱度和铺展性，提高保护渣在结晶器中的保温性和吸收钢液中夹杂物，同时防止钢水二次氧化、避免劣化传热和润滑性；
[0012]结晶器振动并开启结晶器电磁搅拌进行浇铸和拉矫机拉坯，避免结晶器壁沾坯、减小拉矫机的拉坯阻力，搅拌电流50～150A，搅拌频率0.5～1.0Hz，采用电磁搅拌细化碳化物尺寸，改善连铸坯的中心质量，控制搅拌强度避免产生负偏析现象，浇注速度控制在0.2～0.4m/min，有利于钢水的顺利浇注，控制结晶；
[0013]结晶器一冷通水水量控制在350～450m3/h，进出水温差小于等于10℃，水压为0.4
‑
0.6MPa，使钢水在结晶器内形成适宜的坯壳厚度、确保结晶器的安全运行，铸坯拉出结晶器后在足辊区至铸坯导向段水冷确保铸坯出结晶器时能承受钢水的静压力而不破裂，控制二冷水量为0.5
‑
0.9L/kg钢，水压为0.2
‑
0.5MPa，迅速增加坯壳厚度并随着铸坯移动对带有液芯的铸坯冷却使其，避免热裂纹；
[0014]铸坯经引锭杆牵引穿过拉校机被连续矫直后，送入火焰切割区切下坯头、按定尺切割铸坯得到定尺铸坯，采用多点矫直技术，拉矫机压下量控制在10～25mm，矫直温度控制在850～950℃，采用轻压下技术控制铸坯凝固末端的的凝固过程，防止铸坯中心冷凝收缩产生负压，减轻溶质元素在中心的富集，从而减轻钢水在凝固过程中的成分偏析、中心疏松、中心裂纹和缩孔，在600℃以上的定尺铸坯吊至辊道堆垛，控制缓冷速度2
‑
5℃/min缓冷后，送至精整工段对铸坯进行检查精整，得到连铸坯，连铸坯碳偏析指数在1.05以内，避免降低齿轮强度；
[0015]S4、轧制：采用控轧控冷工艺，将步骤S3的连铸坯经步进式加热炉加热1050
‑
1250℃并在温度区间保温2
‑
3h，使钢奥氏体化，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧性风电齿轮钢，其特征在于，齿轮钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.12
‑
0.23％，Si：0.17
‑
0.42％，Mn：1.7
‑
2.5％，Cr：0.4
‑
1.25％，Mo：0.5
‑
1.45％，Ni：0.35
‑
0.75％，V：0.1～0.35％，B：0.002
‑
0.007％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.01％，Al≤0.015％，Ti≤0.008％，N≤0.02％，O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种高强韧性风电齿轮钢的制备方法，其特征在于，其制备方法包括依次进行的钢水冶炼、精炼脱氧、连铸、轧制、淬火和回火工序，精炼脱氧工序中软吹氩时间≥30min，连铸工序终控制二冷水量为0.5
‑
0.9L/kg钢，拉矫压下量控制在10～25mm。3.根据权利要求2所述的一种高强韧性风电齿轮钢的制备方法，其特征在于，钢水冶炼工序包括铁水经KR预处理和转炉BOF吹氧脱碳处理，控制转炉造渣渣碱度为2.5
‑
3.5，终点碳含量≥0.12％，出钢全过程吹氩搅拌，控制出钢温度1550℃～1680℃，挡渣出钢。4.根据权利要求2所述的一种高强韧性风电齿轮钢的制备方法，其特征在于，精炼脱氧工序采用LF+VD炉精炼处理，LF炉的氩气流量为50～100Nm3/min，加入铝硅铁脱氧，残Al含量控制在≤0.003％，控制[O]≤0.002％，[N]≤0.04％，真空脱气后VD炉软吹氩处理，出钢温度1530℃～1650℃。5.根据权利要求2所述的一种高强韧性风电齿轮钢的制备方法，其特征在于，连铸工序中将精炼脱氧钢水吊至连铸钢包回转台，钢水通过钢包水口进入中间包至面升达开浇位，中间包内过热度为5
‑
15℃，使钢水流入结晶器，加入保护渣，结晶器振动配合电磁搅拌浇铸，铸坯拉出结晶器后在足辊区至铸坯导向段水冷，二冷水压为0.2
‑
0.5MPa，铸坯经牵引连续矫直、定尺切割、缓冷、精整得到连铸坯，连铸坯碳偏析指数在1.05以内。6.根据权利要求5所述的一种高强韧性风电齿轮钢的制备方法，其特征在于，保护渣用量为0.4
‑
0.5Kg/t钢，保护渣的组成成分按质量百分数计为：CaO：30
‑
45％，Al2O3：13～35％，SiO2：5
‑
22％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世钊，陈树军，俞杰，
申请(专利权)人：江苏永钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：