一种高碳铬风电轴承钢及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种高碳铬风电轴承钢及其生产工艺，其组成控制碳当量Ceq合金化提高强度，以Si提高稳定系平衡温度和回火稳定性，控制Si/C降低断面敏感性，控制Mn

【技术实现步骤摘要】
一种高碳铬风电轴承钢及其生产工艺


[0001]本专利技术属于轴承钢
，具体涉及一种高碳铬风电轴承钢及其生产工艺。

技术介绍

[0002]随着风能作为可再生能源的主力，风电机组功率和容量不断增大，作为风力发电机重要部件之一的轴承应用工况恶劣，拆装维修成本较高，因此对材料强度、耐磨性、冲击韧性、接触疲劳寿命、淬透性等性能要求更高。现有常用GCr15钢的组成成分按质量百分数计包括C：0.95
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1.05％，Si：0.15
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0.35％，Mn：0.2
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0.4％，S：≤0.02％，P：≤0.027％，Cr：1.30
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1.65％，Mo：≤0.1％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％；存在以下缺陷：
[0003](1)钢的强度和硬度不足，材料的临界淬火冷速较高，淬硬层深度较小，由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在，沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展，使钢件整个截面的力学性能波动较大，容易导致变形和开裂。
[0004](2)冶炼不当造成钢水纯净度不足，夹杂物含量较多如硅锰类夹杂物尺寸大且不易去除，高碱度渣精炼工艺能够吸附高熔点Al2O3类夹杂物、但精炼渣中CaS、CaO夹杂物含量高，造成水口结瘤和可浇性劣化，(Fe、Mn)S、(Fe、Mn)O夹杂在轧制中压延变长但弥散性较差使带状硫化物夹杂降低韧性，不变形夹杂物影响基体连续性和轴承钢寿命，屈服强度和抗拉强度下降。
[0005](3)连铸过程结晶器内保护渣、水口沉淀物及其他非二次氧化产物造成铸坯皮下夹杂，结晶器及二冷区冷却不均、铸坯鼓肚及矫直应力过大、铸坯表面与心部冷却不均、碱度控制不当等造成皮下裂纹，高合金组成使铸坯中心碳元素的富集和合金元素在晶界处的偏析、柱状晶的生长、夹杂物聚集造成铸坯内部缺陷导致拉伸断口开裂。
[0006](4)轧制过程中温度与轧制变形控制不当，过高温度、截面整体压下不均匀和轧后冷速不当易产生粗大网状碳化物和碳化物偏析增大组织脆性，导致淬火时在热应力和相变应力作用下产生裂纹扩展和开裂现象。
[0007](5)热处理工艺时钢材在淬火加热时的热敏感性和变形开裂倾向较高，奥氏体化温度过高，处理后残余奥氏体较多导致亚结构中的孪晶比例较大，导致硬度、冲击韧性和疲劳强度综合性能无法满足需求。

技术实现思路

[0008]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碳铬风电轴承钢及其生产工艺，通过提高钢强度和硬度、降低钢整个截面力学性能波动，提高钢水纯净度、降低夹杂物影响，改善铸坯缺陷，控制碳化物网状，稳定材料组织和尺寸，得到符合综合力学性能的轴承钢。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0010]一种高碳铬风电轴承钢，其组成成分按质量百分数计为：C：0.98
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1.02％，Si：0.42
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0.61％，Mn：0.75
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0.84％，S：≤0.015％，P：≤0.015％，Cr：1.32
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1.55％，Ni：0.1
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0.15％，Mo：≤0.1％，Cu：≤0.15％，B：≤0.005％，Ti：≤0.003％，Ce：≤0.006％，O：≤0.0012％，N：0.008
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0.016％，余量为铁和不可避免的杂质。
[0011]上述高碳铬风电轴承钢，进一步地，所述轴承钢的碳当量Ceq＝[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100％＝1.40％
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1.46％，合金化提高强度，改善浇铸性能、减少缩松、缩孔等缺陷和铸造应力，Si/C为0.45
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0.53，降低断面敏感性，Mn
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Si为0.26
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0.32％，Si与Mn的差值控制提高轴承钢强度，轴承钢的抗拉强度为1852
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1924MPa，冲击功Akv为24
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28J，硬度为66
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71HRC。
[0012]上述高碳铬风电轴承钢的成分设计依据为：
[0013](1)C含量的确定：随着C含量的增加，屈服点和抗拉强度升高，提高淬透性、硬度、耐磨性，但C含量过高容易产生大块碳化物液析，塑性、韧性下降，增加铸坯中心偏析，淬火后会得到粗大的马氏体组织，导致脆性增大，本专利技术C含量的范围确定为0.98
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1.02％；
[0014](2)Si含量的确定：Si是炼钢过程中的脱氧元素，在钢中能溶入铁素体固溶强化，减少碳在共晶体及奥氏体中的溶解度，提高稳定系平衡温度和回火稳定性，增加碳化物颗粒数据、减小碳化物尺寸和间距而提高屈服点和抗拉强度，但Si含量过高使冷加工性能变坏，本专利技术Si含量的范围确定为0.42
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0.61％；
[0015](3)Mn含量的确定：Mn是炼钢过程中的脱氧元素，同时在钢中能溶入铁素体强化基体，在轧后冷却时能增加凝固过程中奥氏体和珠光体的枝晶含量，同时降低共晶转变温度、促使珠光体片细化，片间距减小，提高钢的淬透性，但Mn含量过高容易造成Mn在晶界处的偏析影响内部质量，增加材料的回火脆性，本专利技术Mn含量的范围确定为0.75
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0.84％；
[0016](4)Cr含量的确定：Cr可降低钢种碳的活度、提高钢中碳扩散的激活能，优先凝聚于碳化物使碳化物硬度增高、增加组织中奥氏体枝晶数量，能提高钢的淬透性、减轻钢的脱碳倾向，与锰共用效果更好，但Cr含量过高会增加白口倾向，增大形成缩松和缩孔的倾向，成本和生产难度增加，本专利技术Cr含量的范围确定为1.32
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1.55％；
[0017](5)Ni、Mo含量的确定：在钢中强化铁素体并细化珠光体，Ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，对钢的淬透性也有一定的提高作用，但Ni过高不能提高铁素体的蠕变抗力，相反会使珠光体体钢热脆性增大，本专利技术Ni含量的范围确定为0.1
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0.15％；Mo能提高钢的脆透性和热强性，提高碳化物的稳定性，但Mo过高会恶化钢的抗氧化性，本专利技术Mo确定为≤0.1％。
[0018](6)S、P含量的确定：S会使钢产生热脆性，降低钢的塑韧性；P熔于铁素体易形成偏析、夹杂等缺陷，增加回火脆性；本专利技术S含量的范围确定为≤0.015％，P含量的范围确定为≤0.015％；
[0019](7)B含量的确定：B能抑制铁素体析出提高淬透性但与O、N结合易引起淬透性不稳定，B含量的范围确定为≤0.005％；
[0020](8)N、Ti含量的确定：Ti与N结合可细化晶粒，但Ti过高，TiN、Ti(CN)在钢中作为硬脆的夹杂物易引起应力集中、劣化钢材的疲劳寿命，Ti含量的的范围确定为≤0.003％；
[0021](9)Ce含量的确定：通过Ce与S的结合降低MnS析出时的凝固分率，形成弥散分布尺寸为2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碳铬风电轴承钢，其特征在于，其组成成分按质量百分数计为：C：0.98
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1.02％，Si：0.42
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0.61％，Mn：0.75
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0.84％，S：≤0.015％，P：≤0.015％，Cr：1.32
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1.55％，Ni：0.1
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0.15％，Mo：≤0.1％，Cu：≤0.15％，B：≤0.005％，Ti：≤0.003％，Ce：≤0.006％，O：≤0.0012％，N：0.008
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0.016％，余量为铁和不可避免的杂质；所述轴承钢的碳当量Ceq为1.40％
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1.46％，Si/C为0.45
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0.53，Mn
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Si为0.26
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0.32％，抗拉强度为1852
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1924MPa，冲击功Akv为24
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28J，硬度为66
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71HRC；所述高碳铬风电轴承钢的生产工艺包括：电炉冶炼、LF精炼、VD真空、连铸、加热、高压水除鳞、轧制、缓冷和热处理工序；所述电炉冶炼工序出钢过程中按序加入铝锭预脱氧、加入硅锰合金、硅铁合金和微碳铬铁合金行合金化，加入石灰和铝酸钙造渣料；所述LF精炼工序采用预熔精炼渣与SiC按质量比2:1联合脱氧，总加入量为0.5
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1.0kg/t钢水，白渣时间≥25min，预熔精炼渣的组成成分按质量百分数计包括CaO：43
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55％，Al2O3：23
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37％，MgO：6
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15％，SiO2：9
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12％，CaF2：3
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12％、Na2O：3
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9％；精炼前期氩气流量为200
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300NL/min；精炼中期氩气流量为130
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160NL/min，精炼后期氩气流量60
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110NL/min；精炼后期按每炉钢水加入80
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90kg稀土铈铁合金，以2
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4m/s的喂丝速度喂入2.5
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3.5m/t钛铁合金包芯线，出站温度为1600
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1620℃；所述VD真空工序破空后喂入硼铁合金包芯线；所述连铸工序结晶器液面波动≤
±
1.8mm，拉速控制在1.0
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1.4m/min；所述加热工序控制铸坯表面温度在1195
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1200℃保温1.5
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3h，铸坯心部温度在1195
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1200℃保温1
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2.5h；所述轧制工序中轧、精轧前后每个控冷段控制冷却水量逐渐降低，终轧温度为800～845℃。2.如权利要求1所述的一种高碳铬风电轴承钢，其特征在于，所述电炉冶炼工序采用石灰和萤石作为脱硫剂进行铁水预处理KR脱硫，以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼，控制S≤0.005％，控制出钢终点碳含量为0.42～0.48％，终点磷含量≤0.008％，出钢温度控制在1625℃～1675℃...

【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：联峰钢铁张家港有限公司，
类型：发明
国别省市：