本发明专利技术公开了一种低合金高强度铸钢及其冶炼、热处理方法，所述铸钢的化学成分及其质量百分含量为：碳0.17%～0.22%、硅0.20%～0.60%、锰0.80%～1.20%、磷小于等于0.020%、硫小于等于0.015%、铬0.45%～1.05%、镍0.4%～0.9%、钼0.4%～0.95%、铜小于等于0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。采用电弧炉氧化还原法或中频感应炉熔炼。采用本发明专利技术的低合金铸钢浇注的风电行星架铸件经热处理后，其力学性能能够稳定的达到：抗拉强度大于等于830Mpa，屈服强度大于等于790MPa，延伸率大于等于12%，-40℃低温冲击吸收功大于等于27J。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低合金铸钢，具体涉及一种适合风力发电设备中的大型承压部件用低合金高强度铸钢及其冶炼、热处理方法。
技术介绍
随着全球能源危机和生态环境危机压力的不断加大，新能源取代传统石化能源已经是大势所趋。风能作为最有开发利用前景和技术最成熟的一种可再生的清洁能源，越来越受到重视。我国地域辽阔，风力资源非常丰富，根据国家气象局的数据，中国可开发风力资源总量达10亿千瓦，其中陆地有近3亿千瓦，海上有7亿千瓦。新疆、内蒙古、东北和沿海地区都是风力资源非常丰富的地区，发展风电产业具有得天独厚的优良条件。风电齿轮箱是风电机组中的核心部件，对可靠性的要求也即为苛刻。大型风电齿轮箱均采用行星传动，通过行星架输入风轮叶片传来的转矩。行星架是典型的低速、重载、变转矩和增速传动件，是齿轮箱的核心部件，工作时支撑主轴、承受纵向力。在齿轮箱的故障率中行星传动的故障约占40%，而风电机组必须满足长期工作免维护的要求，因此行星架质量的优劣直接影响到风电发电机组的运行安全，风力发电系统对行星架有很高的可靠性要求。目前国内厂商中的大部分采用QT700-2球墨铸铁铸造风电行星架，但是铸铁的综合机械性能和焊接性能均不如铸钢。在2011年第2期的科学期刊《中国铸造装备与技术》的第24至26页公开了文献“风电机组铸钢行星架铸造工艺”，行星架选用的材料是超高强度等级的铸钢G32NiCrMo8-5-4。铸钢G32NiCrMo8-5-4较球墨铸铁QT700-2具有更好的综合机械性能、同时具有QT700-2材质无法比拟的焊接性能，采用铸钢生产的风电行星架铸件的安全性、可靠性、稳定性方面较QT700-2更加优异。但是铸钢G32NiCrMo8-5-4合金含量较高，其化学成分的质量百分含量如下：C：0.28～0.32，Si：0.30～0.50，Mn：0.65～0.80，S≤0.015，P≤0.020，Ni：1.60～1.80，Mo：0.30～0.40，Cr：1.00～1.20；因此钢液收缩倾向大，铸造难度较高，铸钢的焊接性能差。中国专利文献CN 100432263C（申请号200610017797.1）公开了一种超高强度高韧性可焊接铸钢，其化学成分按重量百分含量（wt%）为：C：0.12～0.17；Si：0.10～0.50；Mn：0.8～1.2；S+P≤0.025；Ni：4.00～4.50；Cr：0.7～1.2；Mo：0.40～0.50；V：0.04～0.08；Cu：0.20～0.40，其余量为铁。该铸钢中不仅添加的合金元素种类多，而且合金元素的总量也多，实际铸造时容易出比现较明显的缩松缩孔倾向。同时，该铸钢对杂质元素硫、磷要求控制严格，要求硫和磷的总含量小于等于0.025%，这给工业冶炼控制带来很大难度，需要采用电炉+ AOD精炼炉双联工艺冶炼，工业应用范围相对较窄；因此该铸钢的冶炼工艺复杂，后续的热处理工艺也较为复杂繁琐，不能满足风电大型铸钢件的制造要求。因此，为适应当前风电产业的发展，提高风力发电装置的关键部件的安全性、可靠性及稳定性，亟需能够满足风力发电设备中的大型承压部件如行星架使用要求的铸钢材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种适合风力发电设备中的大型承压部件用低合金高强度铸钢及其冶炼、热处理方法。实现本专利技术目的的技术方案是一种低合金高强度铸钢，所述铸钢的化学成分及其质量百分含量为：碳0.17%～0.22%、硅0.20%～0.60%、锰0.80%～1.20%、磷小于等于0.020%、硫小于等于0.015%、铬0.45%～1.05%、镍0.4%～0.9%、钼0.4%～0.95%、铜小于等于0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。作为优选的，铸钢中铬的质量百分含量为0.45%～0.89%。作为优选的，铸钢中镍的质量百分含量为0.6%～0.9%。作为优选的，铸钢中钼的质量百分含量为0.4%～0.7%。上述低合金高强度铸钢采用电弧炉氧化还原法进行冶炼时包括以下步骤：①装料，将废弃的碳素钢清洁、除锈后，与金属镍同时加入电弧炉的炉体内。②氧化，打开对应的各电气开关，待电弧炉内的熔池温度达到1560℃～1580℃时，加入铁矿石，并通入氧气氧化；氧化过程中保持炉内物料均匀沸腾、自动流渣，并及时补加渣料；当碳含量降至0.14%～0.17%、熔池温度升至1590℃～1610℃时，扒除氧化渣，进入还原期。③还原，向步骤②结束氧化期的炉中物料中加入碳粉进行还原，并按化学成分质量百分比依次控制加入铁-锰、铁-铬、铁-钼以及铁-硅合金。④出钢，将步骤③调整好钢液化学成分的钢液出钢，出钢温度控制在1620℃以上。⑤终脱氧，钢液出钢时采用铝作脱氧剂进行终脱氧，铝块放置在钢包的底部，出钢时钢液冲击钢包底部的铝块，铝块与钢液中的氧气反应从而脱氧。⑥浇注，将步骤⑤钢包中的钢水浇注在模型中，浇注温度控制在1550℃～1570℃，所获得的钢制件即为低合金铸钢。上述经终脱氧后所得的低合金铸钢中的残铝量为0.03%～0.08%；步骤③中在加入铁-硅合金前，向钢液中加入作为脱氧剂的铝进行终脱氧；终脱氧所用铝总量的1/ 3～2/ 3用于步骤③中出钢前的终脱氧，铝总量的剩余部分用于步骤⑤出钢时的终脱氧。上述步骤②氧化时，优选待电弧炉内的熔池温度达到1560℃时，加入铁矿石；当碳含量降至0.14%～0.17%、熔池温度升至1600℃时，扒除氧化渣，进入还原期；步骤④出钢时，作为优选的，出钢温度控制在1620℃～1630℃。低合金高强度铸钢采用中频感应炉进行冶炼时包括以下步骤：①检查炉料包括返回料应清洁干净，无锈。②配料： C、Mn、Si的收得率的计算方法与ZG230 - 450碳钢中的C、Mn、Si的计算方法相同，Cr、Ni、Mo 按成分中的含量现配。③装料：装料步骤与ZG230 - 450碳钢相同， 且Cr、Ni、Mo装于感应圈高度的1/2处，并靠近炉墙。④Mn和Si的投加：Mn在钢液升温到出钢温度时加入；Mn加毕后向钢液中加入作为脱氧剂的铝进行终脱氧；然后加Si，加完Si后立即出钢。⑤出钢，将步骤④调整好钢液化学成分的钢液出钢，出钢温度控制在1620℃以上。⑥终脱氧，钢液出钢前和出钢时均使用纯铝作为脱氧剂进行终脱氧，其中铝总量的1/ 2～2/3用于步骤④中出钢前的终脱氧，铝总量的剩余部分用于出钢时的终脱氧。出钢时进行终脱氧时，将铝块放置在钢包的底部，出钢时钢液冲击钢包底部的铝块，铝块与钢液中的氧气反应从而脱氧；用铝量保证低合金铸钢中的残铝量为0.03%～0.08%。⑦浇注，将步骤⑥钢包中的钢水浇注在模型中，浇注温度控制在1550℃～1570℃，所获得的钢制件即为低合金高强度铸钢。低合金高强度铸钢的热处理方法包括预备热处理和调质处理两部分，所述预备热处理采用正火处理：首先在电阻炉或燃汽炉中将铸钢升温至660℃～680℃，在此温度下保温1～2小时；接着铸钢继续升温至890℃～920℃，此温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低合金高强度铸钢，其特征在于所述铸钢的化学成分及其质量百分含量为：碳0.17%～0.22%、硅0.20%～0.60%、锰0.80%～1.20%、磷小于等于0.020%、硫小于等于0.015%、铬0.45%～1.05%、镍0.4%～0.9%、钼0.4%～0.95%、铜小于等于0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种低合金高强度铸钢，其特征在于所述铸钢的化学成分及其质量百分含量为：碳0.17%～0.22%、硅0.20%～0.60%、锰0.80%～1.20%、磷小于等于0.020%、硫小于等于0.015%、铬0.45%～1.05%、镍0.4%～0.9%、钼0.4%～0.95%、铜小于等于0.30%，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低合金高强度铸钢，其特征在于：铸钢中铬的质量百分含量为0.45%～0.89%。
3.根据权利要求1所述的低合金高强度铸钢，其特征在于：铸钢中镍的质量百分含量为0.6%～0.9%。
4.根据权利要求1所述的低合金高强度铸钢，其特征在于：铸钢中钼的质量百分含量为0.4%～0.7%。
5.一种如权利要求1所述的低合金高强度铸钢的冶炼方法，采用电弧炉氧化还原法进行冶炼，其特征在于包括以下步骤：
①装料，将废弃的碳素钢清洁、除锈后，与金属镍同时加入电弧炉的炉体内；
②氧化，打开对应的各电气开关，待电弧炉内的熔池温度达到1560℃～1580℃时，加入铁矿石，并通入氧气氧化；氧化过程中保持炉内物料均匀沸腾、自动流渣，并及时补加渣料；当碳含量降至0.14%～0.17%、熔池温度升至1590℃～1610℃时，扒除氧化渣，进入还原期；
③还原，向步骤②结束氧化期的炉中物料中加入碳粉进行还原，并按化学成分质量百分比依次控制加入铁-锰、铁-铬、铁-钼以及铁-硅合金；
④出钢，将步骤③调整好钢液化学成分的钢液出钢，出钢温度控制在1620℃以上；
⑤终脱氧，钢液出钢时采用铝作脱氧剂进行终脱氧，铝块放置在钢包的底部，出钢时钢液冲击钢包底部的铝块，铝块与钢液中的氧气反应从而脱氧；
⑥浇注，将步骤⑤钢包中的钢水浇注在模型中，浇注温度控制在1550℃～1570℃，所获得的钢制件即为低合金铸钢。
6.根据权利要求5所述的低合金高强度铸钢的冶炼方法，其特征在于：经终脱氧后所得的低合金铸钢中的残铝量为0.03%～0.08%；
步骤③中在加入铁-硅合金前，向钢液中加入作为脱氧剂的铝进行终脱氧；
终脱氧所用铝总量的1/ 3～2/ 3用于步骤③中出钢前的终脱氧，铝总量的剩余部分用于步骤⑤出钢时的终脱氧。
7.根据权利要求5所述的低合金高强度铸钢的冶炼方法，其特征在于：步骤②氧化时，待电弧炉内的熔池温度达到1560℃时，加入铁矿石；当碳含量降至0.14%～0.17%、熔池温度升至1600℃时，扒除氧化渣，进入还原期；
步骤④出钢时，出钢温度控制在1620℃～...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱正锋，徐海波，张保松，
申请(专利权)人：南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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