一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢及其制造方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢及其制造方法和应用，制造方法包括以下步骤：S1.电炉冶炼：EAF电炉吹氧脱碳处理，造渣，终点碳含量0.06

【技术实现步骤摘要】
一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢及其制造方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢及其制造方法和应用，属于冶金


技术介绍

[0002]风电机组是集电气、机械、材料等各学科于一体的大型设备，结构复杂、负荷变化频繁、运行环境恶劣，长期与高温、高寒、风沙、潮湿、盐雾等环境相伴。在风电模组中，风电设备传动系统是风电运转的核心组件，而风电齿轮作为风电设备传动系统的重要零部件，更是保证风电运行安全的核心部件。目前，在风机设备的长期周期性运行过程中，风速变化产生频繁启停易使齿轮产生损伤，造成风机故障，这一问题会因齿轮钢的冶金缺陷和强韧性不足而进一步凸显，因此降低风电齿轮钢的冶金缺陷和提高其强韧性对于大功率巨型风电齿轮来说极为重要。
[0003]目前，现有技术主要采用CrMoH钢作为风电齿轮的原料，其在连铸生产时由于氧化物夹杂较多致使钢液流动性降低，结晶器内保护渣、水口沉淀物、氧化产物等易带入钢液发生卷渣或下夹渣缺陷，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。另一方面，面对风电机装机功率不断增大，风电齿轮的尺寸逐渐巨型化，常规齿轮钢的强韧性逐渐难以满足日益大功率巨型化的风电齿轮要求。
[0004]综上所述，本领域技术人员亟需研究一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢及其制造方法，用以解决上述风电齿轮钢所面临的冶金缺陷问题和强韧性能问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢，抗拉强度1316
‑
1524MPa，屈服强度1035
‑
1226MPa，伸长率11
‑
17%，冲击功Aku42
‑
60J，非金属夹杂物尺寸小，含量低，具有优异的高冶金质量和高强韧性能。
[0006]同时，本专利技术提供一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，该法采用电炉冶炼
‑
底吹氮气精炼
‑
控速控冷连铸
‑
大棒轧制四步工艺制备而成具有提高风电齿轮强韧性效果的齿轮钢。
[0007]同时，本专利技术提供一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢在风电齿轮上的应用。
[0008]同时，本专利技术提供一种风电齿轮。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢，以质量百分比计，其原料及配比如下：C：0.15
‑
0.21%；Mn：0.50
‑
0.90%；Si：0.17
‑
0.35%；Cr：1.50
‑
1.80%；Ni：1.40
‑
1.70%；Mo：0.20
‑
0.35%；V≤0.15%；N：0.007
‑
0.015%；Cu：≤0.20%；Al：0.01
‑
0.06%；Ti：≤0.003%；P：≤0.01%；S：≤0.015%和余量的Fe。
[0010]Al/N的质量比值为（2.0
‑
4.0）：1。
[0011]本专利技术获得的风电齿轮钢具有梯度分布的AlN和（V
x
，Mo1‑
x
）（C
y
，N1‑
y
）超细强化相，其中，x：0.78
‑
0.96；y：0.82
‑
0.95；最外层：表面向内5%距离，超细强化相的粒径为0.1
‑
0.5
µ
m，过渡层：表面向内5
‑
65%距离，超细强化相的粒径为0.8
‑
1.5
µ
m，芯部：表面向内65
‑
100%距离，超细强化相的粒径为2
‑
15
µ
m。
[0012]本专利技术获得的风电齿轮钢的抗拉强度1316
‑
1524MPa，屈服强度1035
‑
1226MPa，伸长率11
‑
17%，冲击功Aku42
‑
60J，非金属夹杂物最大尺寸12
‑
20μm，非金属夹杂物数量密度0.01
‑
0.05个/mm2。
[0013]一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，包括以下步骤：电炉冶炼
‑
底吹氮气精炼
‑
控速控冷连铸
‑
大棒轧制；S1.电炉冶炼：电炉吹氧脱碳处理，造渣，终点碳含量 0.06
‑
0.13wt%，挡渣出钢；S2.底吹氮气精炼：S21.采用钢包精炼炉进行沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，钢水造白渣，采用底吹氮气处理；沉淀脱氧的脱氧剂为铝块，脱氧剂加入量以钢水成分中Al含量0.09
‑
0.11wt%为准；S22.采用真空精炼炉对钢水进行真空脱气处理，底吹氮气增氮；调整至成分组成按质量百分数计为：C：0.15
‑
0.21%；Mn：0.50
‑
0.90%；Si：0.17
‑
0.35%；Cr：1.50
‑
1.80%；Ni：1.40
‑
1.70%；Mo：0.20
‑
0.35%；V≤0.15%；N：0.007
‑
0.015%；Cu：≤0.20%；Al：0.01
‑
0.06%；Ti：≤0.003%；P：≤0.01%；S：≤0.015%和余量的Fe；成分调整到位后，钢包加入碳化稻壳覆盖剂进行保温，随后进行软吹操作，促进夹杂物充分上浮；S3.连铸：钢包转运至连铸机进行浇铸，钢水通过钢包水口进入中间包，钢水液面迅速升达开浇位后，连铸开机，钢水流入结晶器，此时钢水温度为1545
‑
1580℃，结晶器振动配合电磁搅拌浇铸，铸坯拉出结晶器后在导向段进行水冷，铸坯经牵引连续矫直、定尺切割、缓冷、精整得到连铸坯；连续浇铸拉速为0.39
‑
0.40m/min；S4.大棒轧制：将连铸坯进行开坯
‑
连轧轧制处理，得到轧制圆钢。
[0014] S1中，出钢全过程吹氮处理，控制出钢温度1630
±
30℃；造渣渣碱度为3.0
‑
5.0。
[0015] S21中，钢包精炼的白渣保持时间>30min，精炼时间60
‑
100min，氮气流量为50
‑
250NL/min，Al含量控制在0.01
‑
0.06wt%，控制O含量≤0.002wt％。
[0016] S21中，沉淀脱氧时间10<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：电炉冶炼
‑
底吹氮气精炼
‑
控速控冷连铸
‑
大棒轧制；S1.电炉冶炼：电炉吹氧脱碳处理，造渣，终点碳含量 0.06
‑
0.13wt%，挡渣出钢；S2.底吹氮气精炼：S21.采用钢包精炼炉进行沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，钢水造白渣，采用底吹氮气处理；沉淀脱氧的脱氧剂为铝块，脱氧剂加入量以钢水成分中Al含量0.09
‑
0.11wt%为准；S22.采用真空精炼炉对钢水进行真空脱气处理，底吹氮气增氮；调整至成分组成按质量百分数计为：C：0.15
‑
0.21%；Mn：0.50
‑
0.90%；Si：0.17
‑
0.35%；Cr：1.50
‑
1.80%；Ni：1.40
‑
1.70%；Mo：0.20
‑
0.35%；V≤0.15%；N：0.007
‑
0.015%；Cu：≤0.20%；Al：0.01
‑
0.06%；Ti：≤0.003%；P：≤0.01%；S：≤0.015%和余量的Fe；成分调整到位后，钢包加入碳化稻壳覆盖剂进行保温，随后进行软吹操作，促进夹杂物充分上浮；S3.连铸：钢包转运至连铸机进行浇铸，钢水通过钢包水口进入中间包，钢水液面迅速升达开浇位后，连铸开机，钢水流入结晶器，此时钢水温度为1545
‑
1580℃，结晶器振动配合电磁搅拌浇铸，铸坯拉出结晶器后在导向段进行水冷，铸坯经牵引连续矫直、定尺切割、缓冷、精整得到连铸坯；连续浇铸拉速为0.39
‑
0.40m/min；S4.大棒轧制：将连铸坯进行开坯
‑
连轧轧制处理，得到轧制圆钢。2.根据权利要求1所述的一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，其特征在于，S1中，出钢全过程吹氮处理，控制出钢温度1630
±
30℃；造渣渣碱度为3.0
‑
5.0。3.根据权利要求1所述的一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，其特征在于，S21中，钢包精炼的白渣保持时间&gt;30min，精炼时间60
‑
100min，氮气流量为50
‑
250NL/min，Al含量控制在0.01
‑
0.06wt%，控制O含量≤0.002wt％。4.根据权利要求1所述的一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，其特征在于，S21中，沉淀脱氧时间10
‑
15min，扩散脱氧时间60
‑
80min。5.根据权利要求1所述的一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，其特征在于，S22中，真空精炼的真空度为45
‑
66Pa，真空保持时间15
‑
24min，吹氮流量30
‑
80NL/min，软吹时间20
‑
60min。6.根据权利要求1所述的一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法，其特征在于，S22中，真空精炼炉的温度为1580
‑
1615℃。7.根据权利要求1所述的一种高冶金质量高强韧含氮风电齿轮钢的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞杰，陈远清，刘洋，巨佳，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：