一种风电用齿轮钢及其生产方法技术

本发明专利技术属于齿轮钢技术领域，具体而言，本发明专利技术涉及一种风电用齿轮钢及其生产方法，本发明专利技术采用Al、Nb、N复合微合金化以保证钢中生成AlN、NbN第二相粒子，在渗碳热处理过程中起到钉扎晶界，阻止晶粒长大。由于AlN、NbN第二相粒子的数量影响晶粒长大的程度，为保证钢中生成足量的AlN、NbN第二相粒子，将钢中的Alt/[N]控制在2～4范围内。另外本发明专利技术将复合元素对晶粒长大的作用通过简单的线性公式来表达，保证了风电用齿轮钢组织的稳定性，有效避免了锻件经过温度950～1000℃、时间15～40h的渗碳热处理后晶粒的长大以及出现混晶现象。后晶粒的长大以及出现混晶现象。后晶粒的长大以及出现混晶现象。

【技术实现步骤摘要】
一种风电用齿轮钢及其生产方法


[0001]本专利技术属于齿轮钢
，具体而言，本专利技术涉及一种风电用齿轮钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]2021年，随着陆风补贴退出，中国海上风电发展进入高景气周期。超大型风机越来越受到业主的青睐，以减少总体建设和维护成本。针对这种变化，国内外主要主机厂商纷纷推出自己的8
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12MW机型，越来越多“巨无霸”风机的面世也对各类风机部件的制造提出了更高要求。对风机用齿轮而言，一方面要适应海上风电的恶劣环境，要求齿轮具有高的内部质量；另一方面要响应国家节能降碳号召，采用工艺更加先进的高温渗碳工艺，提高渗碳淬火温度，减少高温渗碳时间，提高渗碳效率。
[0003]大量研究表明，提高渗碳温度能够降低渗碳周期，显著提高渗碳处理效率。但受到设备条件限制，国内大多数齿轮制造企业的齿轮渗碳处理温度仍然控制在1000℃以下。更高温度的渗碳往往需要在真空条件下进行，工业化的高温渗碳设备昂贵，且技术不够成熟，难以大规模应用。一些大模数齿轮，由于齿轮尺寸较大，根据要求的渗碳层深度的不同，在1000℃以下渗碳热处理时，往往需要15至40小时的时间。在此过程中晶粒长大倾向非常严重。一般的渗碳齿轮钢大多添加Al元素，以A1N细化晶粒，但Al高温稳定性差，950℃以上容易发生溶解，失去钉扎晶界的作用。还有研究表明，在1000℃以下的高温渗碳过程中，能够向钢中添加Nb，通过生成Nb(C，N)来钉扎晶界，防止奥氏体晶粒的异常长大。但在实际生产过程中，使用Al、Nb复合微合金化的齿轮钢，在经过温度＞950℃，时间≥15h的渗碳热处理后，非常容易出现混晶现象，个别部分晶粒度达到3级，晶粒度极差往往在3级以上。可见单纯的Al、Nb复合微合金化难以适应齿轮长时间高温渗碳的需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种风电用齿轮钢及其生产方法，本专利技术采用Al、Nb、N复合微合金化以保证钢中生成AlN、NbN第二相粒子，在渗碳热处理过程中起到钉扎晶界，阻止晶粒长大。为保证钢中生成足量的AlN、NbN第二相粒子，将钢中的Alt/[N]控制在2～4范围内。另外本专利技术将复合元素对晶粒长大的作用通过简单的线性公式来表达，保证了风电用齿轮钢组织的稳定性，有效避免了锻件经过温度950～1000℃、时间15～40h的渗碳热处理后晶粒的长大以及出现混晶现象。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0006]一种风电用齿轮钢，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.15～0.23％，Si：0.17～0.35％，Mn：0.50～1.20％，Cr：1.10～1.80％，Mo：0.20～0.35％，Ni：0～1.70％，Nb：0.015～0.050％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，Alt：0.020～0.040％，Cu：≤0.20％，Ti≤0.010％，[O]：≤0.0015％，[N]：≤0.015％，[H]：≤0.00015％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；
[0007]其中，0.7％≤1/5Cr+1/5Mo+1/15Ni+20Nb+15Al+10Ti
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1/6Mn
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1/6P
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C，并且Alt/[N]:2～4，式中元素符号代表相应元素在钢中的质量百分含量。
[0008]本专利技术限定0.7％≤1/5Cr+1/5Mo+1/15Ni+20Nb+15Al+10Ti
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1/6Mn
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1/6P
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C，其作用是保证锻件经过温度950～1000℃，时间15～40h的渗碳热处理后，其平均晶粒度≥7级，极差＜3级。
[0009]本专利技术的技术方案还有：在860℃淬火检验钢材的淬透性，J1.5：40
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48HRC，J5：39
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48HRC，J25：31
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39HRC；
[0010]钢中A类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤1.0级，C类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤0.5级，Ds类≤0.5级。
[0011]本专利技术还公开了一种上述风电用齿轮钢的生产方法，包括以下步骤：
[0012]1)电炉冶炼：采用废钢+铁水为原料，入炉铁水比例为65～75％，控制电炉终点碳≥0.08％，终点磷≤0.010％，电炉出钢过程中向钢中加入适量的纯铝锭脱氧，控制精炼到位后钢中的Alt含量在0.050～0.070％；
[0013]2)LF精炼；
[0014]3)VD炉真空处理，破空后进行增氮处理；
[0015]4)连铸：连铸过程采用全程保护浇注工艺，控制连铸过程钢水增氮量≤3ppm；
[0016]钢水过热度控制在20～35℃，比水量0.08～0.13L/kg，足辊段、二冷1段、二冷2段的比例为6:4:3，结晶器电磁搅拌电流≤150A，末端电磁搅拌电流≥200A；
[0017]5)轧制：铸坯采用冷装加热工艺，加热总时间控制在7.5～9.0小时，其中均热段时间≥1.5h，均热段温度控制在1200～1240℃；
[0018]采用粗轧开坯，精轧成型的方式轧制，开轧前等待降温3～5min，开轧温度控制在1070～1180℃，粗轧单道次的压下量≥50mm，终轧温度控制在900～1030℃，钢材锯切前进行保温；
[0019]6)缓冷。
[0020]本专利技术的技术方案还有：步骤2)LF精炼具体步骤如下：使用石灰和精炼预熔渣造精炼渣，控制精炼渣中Al2O3含量为25～32％，炉渣碱度R控制在5～7范围内，精炼过程使用碳化硅和增碳剂进行扩散脱氧，精炼终渣中∑Fe含量≤0.5％，钢水在LF的精炼时间为45～55min。
[0021]本专利技术的技术方案还有：步骤3)VD炉真空处理具体步骤如下：利用VD炉进行真空脱气，入炉前控制炉渣厚度为80～100mm，钢水在67Pa以下保持时间≥15min，破空后向钢中喂入氮化锰线1.8～2.2m/吨钢进行增氮，控制钢水软吹时间15～25min。
[0022]本专利技术的技术方案还有：步骤6)缓冷具体步骤如下：上冷床温度控制在650～750℃。
[0023]本专利技术的技术方案还有：步骤4)连铸采用大圆坯连铸机浇注，铸坯断面为
[0024]步骤5)轧制的轧制规格为
[0025]本专利技术的专利技术概述：要避免齿轮在高温渗碳中晶粒异常长大，需要做到：1.钢中有足够数量的第二相粒子，起到钉扎晶界的作用；2.第二相粒子均匀分布，避免局部区域的晶粒异常长大。
[0026]本专利技术采用Al、Nb、N复合微合金化设计，目的是保证钢中生成AlN、NbN等第二相粒子，在渗碳热处理过程中钉扎晶界，阻止晶粒长大。AlN中铝和氮相对原子质量比约为3:2，但钢中的铝以Al2O3、AlN以及酸溶铝等多种形式存在，在Al、Nb复合条件下，将钢中的Alt/[N]控制在2～4范围内，即能够保证钢中生成足量的AlN、NbN等第二相粒子。此外，过量的N会引起钢材表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电用齿轮钢，其特征在于，其化学成分组成按重量百分比为：C：0.15～0.23％，Si：0.17～0.35％，Mn：0.50～1.20％，Cr：1.10～1.80％，Mo：0.20～0.35％，Ni：0～1.70％，Nb：0.015～0.050％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，Alt：0.020～0.040％，Cu：≤0.20％，Ti≤0.010％，[O]：≤0.0015％，[N]：≤0.015％，[H]：≤0.00015％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；其中，0.7％≤1/5Cr+1/5Mo+1/15Ni+20Nb+15Al+10Ti
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1/6Mn
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1/6P
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C，并且Alt/[N]:2～4，式中元素符号代表相应元素在钢中的质量百分含量。2.根据权利要求1所述的风电用齿轮钢，其特征在于：在860℃淬火检验钢材的淬透性，J1.5：40
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48HRC，J5：39
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48HRC，J25：31
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39HRC；钢中A类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤1.0级，C类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤0.5级，Ds类≤0.5级。3.一种权利要求1或2所述的风电用齿轮钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：1)电炉冶炼：采用废钢+铁水为原料，入炉铁水比例为65～75％，控制电炉终点碳≥0.08％，终点磷≤0.010％，电炉出钢过程中向钢中加入适量的纯铝锭脱氧，控制精炼到位后钢中的Alt含量在0.050～0.070％；2)LF精炼；3)VD炉真空处理，破空后进行增氮处理；4)连铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兵，赵冠夫，戈文英，梁娜，任琪，关义利，马传庆，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：