本发明专利技术公开了一种风电主轴用钢，通过添加微合金化元素，其化学成分质量百分比组成为：Ｃ ０．３５～０．４５％，Ｍｎ ０．５５～０．７５％，Ｎｉ ０．２５～０．３５％，Ｃｒ０．９０～１．８０％，Ｍｏ ０．２０～０．３０％，Ｖ ０．０５～０．１５％，Ｓｉ ０．２０～０．３５％，Ｓ≤０．０２０％，Ｐ≤０．０２０％，Ｚｒ ０．１０～０．３０％，Ｂ ０．００１～０．００５％，Ｔｉ ０．０３～０．０８％，余量为Ｆｅ和其他不可避免的杂质。相应地，本发明专利技术还公开了一种风电主轴用钢的制造方法，通过双细化处理和调质处理得到了具有良好性能的合金钢，其轴颈端１／２半径处－４０℃下的低温冲击功比现有的４２ＣｒＭｏＡ高出了一倍多，极大地提高了风电主轴在高原及寒冷地带运转的稳定性、安全性和使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电行业主轴用钢产品，尤其涉及具有良好的低温冲击性能和机 械性能的主轴用结构钢。
技术介绍
风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促 使发电机发电。在这一过程中，风电主轴起着至关重要的作用。风电主轴承受的载荷复杂， 工作环境恶劣，要求使用寿命达到20年以上，尤其是在高原及寒冷地带装机，要求风力发 电机主轴具有高的低温冲击韧性，例如1. 25MW的风电主轴要求在-40°C下冲击功≥27J。目 前风力发电机主轴常用的钢种为42CrMoA和34CrNiMo6，国内多采用42CrMoA，而国外多采 用34CrNiMo6。采用42CrMoA作为风电主轴用钢，其低温冲击韧性不足，在_40°C下，冲击功 不到20J。若采用34CrNiMo6作为风电主轴用钢，虽然低温冲击韧性好，在_40°C下，其冲击 功可以达到35J，但是由于34CrNiMo6钢中贵金属元素Ni的含量较高，致使生产主轴的原料 成本高，不适合当前国内风力发电机的生产。专利公开号为CN10129似61，公开日为2008年10月四日，名称为“大型风电主 轴用合金结构钢”的中国专利技术专利，公开了一种风力发电机主轴用合金结构钢，其通过在 42CrMoA的基础上添加0. 30%的Ni元素来提高低温冲击韧性，但添加0. 30%的Ni元素对 提高钢的淬透性没有明显作用，只有当Ni元素含量大于时才具有提高淬透性的作用， 因此该专利技术只能满足风电主轴表层(距表层25. 4mm)的机械性能。而大型风电主轴从原来 的只对近表层的机械性能有要求发展到对轴颈端1/2半径处(距表层150mm左右)的机械 性能有严格要求，因此该技术方案不能满足1. 25MW风电主轴的性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种适用于大型风电主轴的具有高淬透性、高低温冲击 韧性合金钢，以克服现有的42CrMoA低温冲击韧性不足，34CrNiMo6原料成本较高的缺点。 本专利技术采用微合金化技术，通过加入适当的微合金化元素Zr、V、B、Ti，细化晶粒和组织，提 高材质的纯净度，满足大型风电主轴的低温冲击韧性要求。本专利技术的另一目的是提供一种制造上述合金钢的方法，除了进行常规的冶炼和锻 造外，在调质处理前对钢坯进行双细化处理，细化钢坯的晶粒组织，并通过调质处理提高主 轴的淬透性，从而提高合金钢的综合力学性能。根据本专利技术的上述目的，提出一种风电主轴用钢，其化学元素质量百分比组成为 C 0. 35 0. 45%, Mn 0. 55 0. 75%, Ni 0. 25 0. 35%, Cr 0. 90 1. 80%, Mo 0. 20 0. 30%, V 0. 05 0. 15%，Si 0. 20 0. 35%，S ≤ 0. 020%，P ≤ 0. 020%, Zr 0. 10 0. 30%, B 0. 001 0. 005%, Ti 0. 03 0. 08%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。优选地，该风电主轴用钢化学元素质量百分比的组成为C 0.35 0.45%，Mn 0. 55 0. 75%，Ni 0. 25 0. 35 %，Cr 0. 90 1. 80%，Mo 0.20 0.30%，V 0. 05 0. 15%, Si 0.20 0.35%，S 0. 005 0. 009%，P 0. 010 0. 013%，Zr 0. 10 0.30%，B 0. 001 0. 005%，Ti 0. 04 0. 08%，余量为！^e和其他不可避免的杂质。本专利技术中风电主轴用钢的成分设计是基于以下原理正如上面所述，本专利技术的技术构思是通过在钢中添加适量的微合金化元素来细化 钢的晶粒和组织，满足大型风电主轴的低温冲击韧性要求和高淬透性要求，V元素在本专利技术 中正是作为微合金化元素添加的。由于V在钢中能够形成碳化钒或氮化钒，而且V在加热 过程中难于溶解，通过其碳氮化物的沉淀可以细化晶粒、组织并提高强度。因此本专利技术钢中 加入0. 05 0. 15%的V，用于细化钢的组织，提高强韧性。另外一种微合金化元素是^ ，因^ 元素具有脱气作用，可以降低钢中的气体含 量，同时添加微量ττ元素还可显著提高钢的低温韧性。本专利技术经过试验发现，向钢中添加微量的微合金化元素B，质量分数大于 0. 001 %，可明显提高钢的淬透性，强烈推迟钢的先共析铁素体转变，但当B含量超过 0. 005 %时，将形成碳化物，对提高钢的淬透性不再发生有益作用。向钢中添加微合金化元素TiO. 03 0.08%，是由于Ti元素和Ν、0元素的亲和力 比B元素高，因此为了增加钢中的有效B，向钢中添加一定量的Ti，使得Ti先于B形成TiN， 避免形成BN，从而充分发挥B元素提高钢的淬透性的作用，同时形成的TiN在晶界处起到钉 扎作用，可以阻碍奥氏体晶粒长大，提高钢的韧性，为了更好的达到这一效果，本专利技术试验 发现Ti/N的重量百分比应彡5。C元素是提高强度的主要元素，但是过高含量的C元素对塑性不利，因此对于要求 调质处理的风电主轴用钢，将C控制在0. 35 0. 45%。Mn元素通过在钢中起固溶强化的作用来提高强度，同时提高钢的淬透性，此外Mn 与0元素的亲合力较强，在炼钢时能起到脱氧作用，有利于以后的脱硫工序。但Mn元素过 多，会导致晶粒长大，增加钢的脆性，所以本专利技术中将Mn含量控制在0. 55 0. 75%。钢中含有少量的Si元素会有较好的脱氧作用，但Si含量过高则会降低钢的焊接 和切削加工性能。Ni元素也是本技术方案中添加的主要合金元素之一，Ni元素的加入不仅可以提 高钢的韧性，还可以提高钢的淬透性，但Ni又是贵重合金元素，过多的加入会提高制造成 本，所以本专利技术将Ni含量控制在0. 25 0. 35%。Cr元素的重要作用是其能强烈推迟珠光体转变，如果将Cr、Mn同时加入，这种效 果更加明显，更有利于淬透性的提高，但是另一方面Cr元素会降低马氏体转变点，Cr含量 过高不利于马氏体转变，因此本专利技术将Cr含量控制在0. 90 1. 80%。Mo元素对珠光体转变有明显的抑制作用，可以有效的提高钢的淬透性，Mo与Mn的 联合作用又可以显著提高奥氏体的稳定性，从而提高钢的淬透性，同时0. 2%以上的Mo又 具有抑制回火脆性的作用，因此本专利技术中Mo的含量为0. 20 0. 30%。相应地，本专利技术还提供了一种风电主轴用钢的制造方法，包括下列步骤(1)冶炼和锻造将原料冶炼成钢锭，控制其化学元素质量百分数组成为C 0. 35 0. 45%, Mn 0. 55 0. 75%, Ni 0. 25 0. 35%, Cr 0. 90 1. 80%, Mo 0. 20 0. 30%, V 0. 05 0. 15%，Si 0. 20 0. 35%，S 彡 0. 020%，P 彡 0. 020%, Zr 0. 10 0. 30%,B 0.001 0.005%，Ti 0. 03 0. 08%，余量为!^e和其他不可避免的杂质，然后将该钢锭锻造成主轴用钢毛坯，将锻造好的主轴用钢毛坯进行退火处理后进行机械加工，去 除其表面的氧化脱碳层；(2)细化处理将经过上述处理的主轴用钢加热到900 920°C保温12 15本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风电主轴用钢，其特征在于，其化学元素质量百分数组成为：Ｃ ０．３５～０．４５％；Ｍｎ ０．５５～０．７５％；Ｎｉ ０．２５～０．３５％；Ｃｒ ０．９０～１．８０％；Ｍｏ ０．２０～０．３０％；Ｖ ０．０５～０．１５％；Ｓｉ ０．２０～０．３５％；Ｓ ≤０．０２０％；Ｐ ≤０．０２０％；Ｚｒ ０．１０～０．３０％；Ｂ ０．００１～０．００５％；Ｔｉ ０．０３～０．０８％；余量为Ｆｅ和其他不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘笑莲，张洪奎，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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