一种含氮风电齿轮钢及其增氮方法技术

本发明专利技术涉及一种含氮风电齿轮钢及其增氮方法，齿轮钢的成分按质量百分数计为C0.36

【技术实现步骤摘要】
一种含氮风电齿轮钢及其增氮方法


[0001]本专利技术属于齿轮钢
，具体涉及一种含氮风电齿轮钢及其增氮方法。

技术介绍

[0002]风电齿轮是风力发电机的重要组成部分，随风机设备的长期周期性运行，风速变化产生频繁启停易使齿轮产生疲劳损伤，在疲劳缺陷裂纹萌生并发展，造成风机故障，因此提高风电齿轮钢抗恶劣工况和抗疲劳性能力对促进风电技术具有重要意义，按照使用要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度和韧性或者表面耐磨而心部有良好的韧性耐冲击。
[0003]氮可以和钢种的Mn、Cr、Ti等合金元素相互作用而提高奥氏体的稳定性和力学性能、氮化铝析出物以钉扎作用阻止晶粒长大。为保证齿渗碳后钢材具有均匀晶粒度，需要保证氮成分控制，现有风电齿轮钢如GrNiMo钢由于钢生产过程中进行真空处理去氮较高，需要增加氮化合金调质满足成分控制，氮化合金喂线使熔化区的氮含量高度过饱和二析出生成氮气泡造成钢水液面翻腾引起氧化，使夹杂物难以充分上浮、易降低影响钢液纯净度，影响钢水可浇性，导致夹杂物和组织均匀性难以满足要求，造成齿轮疲劳寿命降低。

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含氮风电齿轮钢及其增氮方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种含氮风电齿轮钢，齿轮钢的成分按质量百分数计为：C：0.36
‑
0.49％，Mn：0.95
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1.65％，Si：0.15
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0.32％，Cr：0.65
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0.92％，Ni：0.3
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0.65％，V：0.05
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0.1％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cu≤0.08％，Al≤0.08％，Ti≤0.05％、Nb≤0.03％，N：0.008
‑
0.012％；余量为铁和不可避免的杂质。
[0007]上述含氮风电齿轮钢的成分设计原因：
[0008](1)C：碳有助于增加钢材的强度，但再高会降低塑性和冲击性，因此本专利技术设计C：0.36
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0.49％。
[0009](2)Mn：锰有助于生成纹理结构，增加坚固性、强度和耐磨损性，可提高钢的淬性和热加工性能，但锰再高会降低抗腐蚀能力，因此本专利技术设计Mn：0.95
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1.65％。
[0010](3)Si：硅有助于增强强度，在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，降低Si含量可减轻齿轮在渗碳过程中的内氧化，为避免非马氏体组织沿晶界形成黑网而提高齿轮接触疲劳寿命，因此本专利技术设计Si：0.15
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0.32％。
[0011](4)Cr：铬能提高强度、强度和耐磨性但同时降低塑性和韧性，为降低齿轮热后变形稳定性和对钢材化学成分波动的敏感程度，因此本专利技术设计Cr：0.65
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0.92％。
[0012](5)Ni：镍有助于保持强度、抗腐蚀性和韧性，因此本专利技术设计Ni：0.3
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0.65％。
[0013](6)V、Ti、Nb：增强抗磨损能力和延展性，铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及
回火脆性，为避免氮与钢种V、Ti、Nb生成稳定带棱角的脆性碳化物并分布在晶界上使钢的高温强度和塑性变差，因此本专利技术设计V：0.05
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0.1％，Ti≤0.05％、Nb≤0.03％。
[0014](7)P、S：磷和硫是钢中的有害元素，磷在结晶过程中易造成偏析和热裂倾向增大，使钢晶界催化，硫易使两相区凝固界面的延伸率下降、热裂敏感性和热裂指数升高，因此本专利技术设计P≤0.015％，S≤0.01％。
[0015](8)Cu、Al：铜易导致晶界弱化和热裂倾向，用微量AlN组阻止钢在高温下的晶粒粗化，因此本专利技术设计Cu≤0.08％，Al≤0.08％。
[0016](9)N：氮利于钢的表面渗碳、碳氮共渗，可以改善断裂韧性、耐腐蚀性和应变硬化潜力，为保证齿渗碳后钢材具有均匀晶粒度，氮过高容易在铸坯内产生针孔，因此本专利技术设计N：0.008
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0.012％。
[0017]上述一种含氮风电齿轮钢的增氮方法，其方法包括以下步骤：
[0018]S1、钢水冶炼：将含铁水的炼钢原料KR预脱硫后经顶底复吹转炉双渣法处理，炼钢原料中铁水比≥85％，KR预脱硫控制S的质量百分含量≤0.005％，转炉全程底吹氮气同时顶吹氧气，吹炼<20min时氮气流量≥0.55Nm3/min，吹炼20min
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40min时氮气流量≥0.25Nm3/min，吹炼>40min时氮气流量≥0.65Nm3/min，控制渣化有利于充分发挥炉渣作用，氧气流量≥1.4Nm3/h，氧压控制在0.65
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0.95MPa，过程中吹气枪位波动控制在1000mm
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1500mm，达到均匀溅渣层，减少过程中的喷溅、返干和烧腔，采用顶底复吹工艺加快了生产节奏，提高了生产效率且使钢液中的C
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O反应接近平衡，对降低钢种的溶解氧有明显效果，利于碳钢冶炼，采用底吹氮气增氮以避免钢水二次氧化，增加底部供气、加强熔池的搅拌力，提高残锰含量，提高出钢洁净性；
[0019]双渣法的转炉冶炼前期造渣吹炼至10
‑
15min时倒炉放出部分高磷渣后，继续造渣吹炼进一步脱磷，采用石灰、白云石组成造渣料，石灰加入量Q＝2.14【Si％】
铁水
*R*1000/【CaO％】
有效
(kg/t铁)，【Si％】
铁水
表示铁水中硅含量，R表示炉渣碱度、【CaO％】
有效
表示石灰的有效CaO含量，【CaO％】
有效
＝石灰CaO％
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R*石灰SiO2％，造渣料用量15
‑
35kg/t铁，炉渣碱度控制在2.8
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3.2，提高炉渣流动性，控制P的质量百分含量≤0.012％；
[0020]终点拉碳前≥40s的低枪位操作，低枪位操作的枪位为1520
‑
1960mm，控制终点碳含量≥0.13％，以均匀钢水成分、温度和降低炉渣氧化性，转炉出钢采用滑板挡渣，杜绝转炉下渣，从源头上减少了夹杂物的数量，放钢过程中加入高氮精炼渣，高氮精炼渣的组成成分按质量百分数计为CaO：40
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65％，Al2O3：25
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36％，SiO2：4
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8.5％，MgO：6
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11％，Fe2O3：1
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3.5％，H2O≤0.5％，N≥0.12％，降低钢水与钢渣的氧化性、去除气体和夹杂；得到初炼钢水，出钢温度≥1680℃，钢水氮的质量百分含量≥0.0045％；
[0021]S2、LF精炼：将步骤S1的初炼钢水将LF炉脱氧精炼，采用沉淀脱氧结合扩散脱氧，钢水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氮风电齿轮钢，其特征在于，齿轮钢的成分按质量百分数计为：C：0.36
‑
0.49％，Mn：0.95
‑
1.65％，Si：0.15
‑
0.32％，Cr：0.65
‑
0.92％，Ni：0.3
‑
0.65％，V：0.05
‑
0.1％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cu≤0.08％，Al≤0.08％，Ti≤0.05％、Nb≤0.03％，N：0.008
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0.012％；余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种含氮风电齿轮钢的增氮方法，其特征在于，其方法包括依次进行的钢水冶炼、LF精炼、VD精炼和连铸工序，钢水冶炼工序中经顶底复吹转炉双渣法处理，吹炼<20min时氮气流量≥0.55Nm3/min，吹炼20min
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40min时氮气流量≥0.25Nm3/min，吹炼>40min时氮气流量≥0.65Nm3/min，炉渣碱度控制在2.8
‑
3.2。3.根据权利要求2所述的一种含氮风电齿轮钢的增氮方法，其特征在于，钢水冶炼工序包括将含铁水的炼钢原料KR预脱硫，炼钢原料中铁水比≥85％，KR预脱硫控制S的质量百分含量≤0.005％。4.根据权利要求2所述的一种含氮风电齿轮钢的增氮方法，其特征在于，钢水冶炼工序氧气流量≥1.4Nm3/h，氧压控制在0.65
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0.95MPa，过程中吹气枪位波动控制在1000mm
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1500mm。5.根据权利要求2所述的一种含氮风电齿轮钢的增氮方法，其特征在于，钢水冶炼工序采用石灰、白云石组成造渣料，造渣料用量15
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35kg/t铁，控制P的质量百分含量≤0.012％。6.根据权利要求2所述的一种含氮风电齿轮钢的增氮方法，其特征在于，钢水冶炼工序终点拉碳前≥40s的低枪位操作，低枪位操作的枪位为1520
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1960mm，控制终点碳含量≥0.13％，转炉出钢采用滑板挡渣，放钢过程中加入高氮精炼渣，高氮精炼渣的组...

【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：