一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺，属于合金钢领域。所述钢按重量百分比含有C0.47％～0.57％、Si0.40％～0.70％、Mn1.30％～1.50％、Cr0.50％～0.70％、Mo0.35％～0.45％、Ni0.25％～0.35％、Cu0.030％～0.050％、Nb0.010％～0.030％、Ti0.0040％～0.0060％、Al0.015％～0.025％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.0080％、O≤0.0040％。该钢的生产方法中热处理采用正火和调质。制得的轴承圈用钢具有优秀的强韧性和接触疲劳性能，适用于6MW级风电用偏航轴承。电用偏航轴承。电用偏航轴承。

【技术实现步骤摘要】
一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺


[0001]本专利技术属于合金钢，更具体地说，涉及一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺。

技术介绍

[0002][0003]风电大型化导致风电关键部件轴承的尺寸增加，据调研，1.5MW风电偏航轴承圈外径约 2.1m，而6MW风电偏航轴承圈外径达4.5米，外径扩大2.1倍。另外轴承尺寸增大的同时轴承圈的壁厚增加，导致轴承圈截面性能的一致性不好，因此大功率风电轴承圈对强韧性、均匀性的要求均增加。JB/T 10705也指出“可采用性能相当或更优的材料”制造风电偏航轴承圈。我国海洋风电发展迅速，但目前普遍低于6MW，主要由于关键装备材料不能完全自给。因此。开发大功率海洋风电偏航轴承圈用钢已十分迫切。
[0004]专利CN 101230441A指出用42CrMoVNb钢制造风电偏航、变桨轴承圈，材料在
‑
40℃V 型冲击功≥91J，抗拉强度≥835MPa。但该专利并未阐述该钢应用风电功率，材料的性能未明确是轴承圈实物解剖值还是采用小试样测试值。从性能值推断应用于3MW以下风电机组。
[0005]专利CN1426490A为薄壁轴承用钢，且采用渗碳处理，目前风电偏航轴承均为厚壁轴承，壁厚≥100mm，轴承直径≥3m，该专利需采用渗碳处理，针对于风电偏航轴承不具有可行性。另外该专利是材料冷轧带制造，需采用焊接技术，风电行业轴承均采用一体环，故该专利不能应用于风电偏航轴承，且与所申请专利存在本质不同。专利CN1745188A的成分体系为高碳铬钢，用于生产直径较小的轴承，材料钢管进行轴承圈加工，目前国际上钢管最大口径在1.5m左右，无法满足风电偏航轴承圈的需要，并且该专利采用球化退火，工艺能量消耗大，工艺周期长，与所申请专利工艺不同。CN110257717A专利轴承为机床轴承，具有转速快，尺寸小的特点。相较于偏航轴承具有尺寸大、转速低的特点，应用环境不同，对材料、工艺的要求不同。
[0006]因此，针对6MW级偏航轴承的服役特点开发出一种具有高强韧性及接触疲劳寿命的大功率风电偏航轴承圈用钢及其热处理工艺，解决大功率风电发展需要，已十分迫切。

技术实现思路

[0007]1.要解决的问题
[0008]针对现有大尺寸的风电轴承均质性差的问题，本专利技术提供一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺，制得的轴承圈表层12.5mm处抗拉强度与1/2壁厚处强度差≤80MPa，晶粒尺寸一致，均质化好。
[0009]2.技术方案
[0010]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]本专利技术公开了一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢，按重量百分比含有：C 0.47％～0.57％、Si 0.40％～0.70％、Mn 1.30％～1.50％、Cr 0.50％～0.70％、Mo 0.35％～ 0.45％、Ni 0.25％～0.35％、Cu 0.030％～0.050％、Nb 0.010％～0.030％、Ti 0.0040％～ 0.0060％、Al 0.015％～0.025％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.0080％、O≤0.0040％。其余为Fe 和其它不可避免的杂质。
[0012]化学成分配比符合：
[0013]1)12.5≤(0.54
×
C％)
×
(1+3.34
×
Mn％)
×
(1+0.7
×
Si％)
×
(1.2+0.36
×
Cu％)
×
(1+0.37
×
Ni％)
×
[0014](1+2.61
×
Cr％)
×
(1+3
×
Mo％)
×
(1+0.7
×
Nb％)≤18.0；
[0015]2)0.54％≤C％+(Mn％)/6
‑
(Cr％+Mo％+Nb％+Ti％)/5+(Ni％+Cu％)/15≤0.60％。
[0016]热处理工艺参数应符合：
[0017]1)正火，S
‑
T1/20≤t1≤S
‑
T1/80；
[0018]2)调质的淬火，S
‑
T2/10≤t2≤S
‑
T2/50；调质的回火，1.5
×
S
‑
T3/10≤t3≤1.5
×
S
‑
T3/50。
[0019]本专利技术还提供了该钢的生产方法。制得的轴承圈用钢具有优秀的强韧性和接触疲劳性能，适用于制造6MW级风电用偏航轴承(轴圈壁厚≥240mm)。
[0020]C：C是钢中最低廉的强化元素，每提高0.1％的固溶C，可使强度提高约450MPa，C 与钢中的合金元素形成析出相，起到析出强化作用。C能够显著提高淬透性，使大壁厚周期圈心部获得马氏体组织。但随着其含量增大，塑性和韧性降低，故C含量控制在0.47％～ 0.57％。
[0021]Si：Si是钢中有效的固溶强化元素，提高钢的强硬度，Si在炼钢时能够起到脱氧作用，是常用的脱氧剂。但Si易偏聚有奥氏体晶界，降低晶界结合力，引发脆性。另外Si易引起钢中元素偏析。因此，Si含量控制在0.40％～0.70％。
[0022]Mn：Mn能够起到固溶强化作用，固溶强化能力弱于Si，Mn是奥氏体稳定化元素能显著提高钢的淬透性，还能够减少钢的脱碳，Mn与S结合能够防止S引起的热脆性。但过量的Mn会降低钢的塑性。所以，Mn含量控制在1.30％～1.50％。
[0023]Cr：Cr是碳化物形成元素，Cr能够使钢的淬透性和强度均提高，但易引起回火脆性。Cr能够提高钢的抗氧化性能，增加耐蚀性，但Cr含量过高时将增加裂纹敏感性。应将Cr含量控制在0.50％～0.70％。
[0024]Mo：Mo主要是提高钢的淬透性和耐热性，固溶于基体的Mo能够使钢的组织在回火过程中保持较高的稳定性，且能有效降低P、S和As等杂质元素在晶界处偏聚，从而提高钢的韧性，降低回火脆性。Mo降低M7C3的稳定性，当Mo含量较高时将形成针状Mo2C，将导致基体Mo含量减少。Mo能够通过固溶强化和沉淀强化的共同作用提高钢的强度，也能通过改变碳化物的析出来改变钢的韧性。故Mo控制在0.35％～0.45％。
[0025]Ni：Ni能与Fe生成无限互溶的固溶体，是奥氏体稳定化元素，具有扩大相区的作用，增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，提高钢的淬透性。Ni能够细化马氏体板条宽度，提高强度。Ni能显著降低钢的韧脆转变温度，提高低温韧性。但Ni元素是贵金属元素，过量加入导致成本过高。将Ni含量控制在0.25％～0.35％。
[0026]Nb：Nb是强C、N化合物形成元素，Nb(C、N)形成细小弥散，且与基体保持共格关系，能够起到强化和细化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢，按重量百分比含有：C 0.47％～0.57％、Si0.40％～0.70％、Mn 1.30％～1.50％、Cr 0.50％～0.70％、Mo 0.35％～0.45％、Ni 0.25％～0.35％、Cu 0.030％～0.050％、Nb 0.010％～0.030％、Ti 0.0040％～0.0060％、Al0.015％～0.025％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.0080％、O≤0.0040％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述一种高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢，其特征在于，化学成分配比符合：1)12.5≤(0.54
×
C％)
×
(1+3.34
×
Mn％)
×
(1+0.7
×
Si％)
×
(1.2+0.36
×
Cu％)
×
(1+0.37
×
Ni％)
×
(1+2.61
×
Cr％)
×
(1+3
×
Mo％)
×
(1+0.7
×
Nb％)≤18.0；2)0.54％≤C％+(Mn％)/6
‑
(Cr％+Mo％+Nb％+Ti％)/5+(Ni％+Cu％)/15≤0.60％。3.一种利用权利要求1
‑
2任一项所述高均质化大功率风电偏航轴承圈用钢生产轴承圈的工艺，其特征在于，包括以下步骤：电弧炉或转炉冶炼
→
LF炉精炼
→
RH或VD真空脱气
→
圆坯连铸
→
圆坯加热
→
锻造
→
冲孔
→
辗环
→
热处理
→
机加工
→...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪开忠，杨志强，胡芳忠，陈世杰，王自敏，周康，陈恩鑫，庄振，金国忠，吴林，杨少朋，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：