專利名稱：：耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrMoVNb鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種耐低溫沖擊的合金結(jié)構(gòu)鋼。屬合金類(C22C)?？捎糜谳S承和機(jī)械另部件，特別是用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳、偏航軸承套圈。(二)
背景技術(shù)：
-作為可再生能源之一的風(fēng)力發(fā)電，我國擁有的儲(chǔ)量及可開發(fā)量居世界首位，現(xiàn)已列入國家能源發(fā)展的國策。由于風(fēng)力源地處高山、髙原、海岸及近海，氣溫、環(huán)境差異很大，風(fēng)電機(jī)組又安裝在幾十、上百米高的塔架上，對(duì)與機(jī)組配套所用的變槳、偏航轉(zhuǎn)盤軸承，風(fēng)電制造廠家提出了如下要求20年內(nèi)不得更換、大修；抗風(fēng)沙，耐鹽堿氣候；滿足土45。C的環(huán)境要求，在-45nC下其沖擊功Akv》27J。我國新制定的JB/T10705，2007標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)偏航、變槳軸承套圈材料低溫沖擊功，在-30。C條件下規(guī)定Akv不小于27J。在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承的專用標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了偏航、變槳軸承套圈材料采用42CrMo，其性能應(yīng)符合GB/T3077-1999的規(guī)定，也可采用滿足性能要求的其他材料。用戶提出的在-45°C下沖擊功Akv》27J的要求，已高于JB/T10705-2007標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足用戶的要求，向國內(nèi)外幾大特鋼公司及中鋼院提出訂貨咨詢，無一家能提供鋼材的化學(xué)成份及冷沖擊功的數(shù)據(jù)，美國Timken及德國ThyssenKrupp兩公司答應(yīng)可以提供滿足要求的鋼材，但均不能提供詳細(xì)的化學(xué)成份。査閱國外鋼材資料，德國、美國都有42CrMo的鋼號(hào)?，F(xiàn)將我國42CrMo、西德42CrMo4、美國4140鋼的化學(xué)成份列于表1表1<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>查閱國內(nèi)鋼材資料，國內(nèi)尚無用于風(fēng)電偏航、變槳軸承套圏的專用鋼材。因此，在今年頒布實(shí)施的JB/T10705-2007標(biāo)準(zhǔn)中，只好沿用轉(zhuǎn)盤軸承通用的42CrMo鋼號(hào)，并指出"也可采用滿足性能要求的其他材料"。意即風(fēng)電偏航、變槳軸承套圈的專用鋼材，有待研發(fā)，成功了即可采用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出的耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrM。VNb鋼，就是解決現(xiàn)有的合金鋼42CrM不能滿足風(fēng)電制造廠家提出的偏航、變槳軸承套圈材料在—45。C下沖擊功Akv》27J的要求的問題。為此自行研發(fā)滿足要求的新型軸承用鋼提上日程。本發(fā)明技術(shù)方案如下耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42GrM。VNb鋼，其特征是它由如下組分和含量組成(按重量百分比計(jì))C:0.420,45Si:0.150.30Mn:0.600.90Cr:0,901.20Mo:0.150.30Ni:0,350.60V:0.080.15Nb:0.030.06Cu:《0.20Al:《0.05S:《0.015P:《0.015As:《0.015Sn:《0.012[O]:《20PPM[H]:《2.OPPM其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。在上述范圍內(nèi)組分和含量組成的優(yōu)化數(shù)值方案，在實(shí)施例中描述。上述各組分和含量對(duì)本發(fā)明提出的軸承鋼42CrMoVNb性能影響如下1)本發(fā)明鋼與表l比增加抗冷沖擊的fl^f&^金，鑰及鈮既可細(xì)化鋼的組織，又提高了鋼在低溫下的抗沖擊能力。鋼中釩V為0.08M).15%,鈮Nb為0.03~0.06%。2)碳C含量與表1中C含量比調(diào)整至0.420.45%，即取0.380.45%的偏上限值，以利于表面淬-回火后達(dá)到冊C5560的要求。3)硅Si、錳Mn、鉻Cr、鉬Mo基本取GB/T-3077-1999原定值。5)因銅Cu影響殘留奧氏體含量，硫S、磷P影響鋼的冷、熱脆性，屬有害元素，為保證鋼材質(zhì)量，故在原定值范圍內(nèi)取偏下值予以控制。6)特鋼廠所用的廢鋼中含鎳M量較高，考慮到Ni對(duì)細(xì)化組織有利，故將原定《0.30%調(diào)整為0.300.60%，檢測的晶粒度為7級(jí)，比規(guī)定的5級(jí)高了2級(jí)，更加細(xì)化，說明適當(dāng)增加M含量是有益的。7)煉鋼中要使用鋁A1、砷As、錫Sn造渣、脫氣，故增加了其在鋼中含量的要求，同時(shí)鋼中的氧、氫含量是影響材料質(zhì)量的重對(duì)射示，故亦提出了要求及檢測。上述耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrM。VNb鋼的冶煉方法，其特征是，包括下列步驟l)采用偏心爐底出鋼法EBT電爐，加入煉鋼生鐵及廢鋼；2卿埋弧桶爐LF鋼包，駄氬氣Ar、^S^0.1~0.5m"分，進(jìn)行爐外精煉，按力PAFe^v、Fe-Nb、F^Mn、F&0#^以調(diào)翻的化學(xué)敝3)真空脫氣，真空度為《l00Pa，時(shí)間》10分，以脫去鋼中[H]。檢測方法按提出的設(shè)計(jì)要求，在特鋼廠小樣冶煉、測試的基礎(chǔ)上，以電爐-爐外精煉-真空脫氣的冶煉方法完成了14噸新鋼種的試制、抽樣化驗(yàn)、檢測，并鍛造了三種共14件的環(huán)形鍛件，以用于1.5MW風(fēng)電變槳軸承的試制。本發(fā)明有益效果i.本發(fā)明設(shè)計(jì)研制的42CrMoVNb新鋼種填補(bǔ)了此鋼種的國家空白。測試數(shù)據(jù)表明本新鋼種不僅滿足了耐-45CC低溫下沖擊功Akv》27J的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用鋼的要求，且Akv》91J，其測試數(shù)據(jù)見表2，為更低溫度下要求沖擊功用鋼的研制開創(chuàng)了先例。鋼中釩V為0.080.15%，鈮Nb為0.030.06%。盡管含量較少，但三個(gè)試樣在"4(TC的條件下檢測的沖擊功Akv卻達(dá)到了91J、97J、98J，是標(biāo)準(zhǔn)要求值的3.37倍以上，此沖擊功值不僅超過-45°C的要求，折算后，在-70。C的條件下，滿足AkF27J也無問題。ii.見表2，本發(fā)明新鋼的力學(xué)性能、酸檢、晶粒度等均達(dá)到要求。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>iii.本新鋼42CrM。VNb可廣泛用于耐低溫沖擊的軸承及各種機(jī)械零部件。具體實(shí)施例方式本實(shí)施例耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrM。VNb鋼，由如下的組分和含量組成(按重量百分比計(jì))C:0.43Mo:0.16Cu:0.08As:0.011Si:0.26Ni:0.4Al:0.023Sn:0.007Mn:0.74V:0.10S:O.OIO[O]督PMCr:1.03Nb:0.045P:0.008[H]:l.7PPM其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。上述組分和含量的耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrMoVNb鋼的冶煉方法，包括下列步驟l)采用偏心爐底出鋼法EBT電爐，加入煉鋼生鐵及廢鋼；2)采用埋弧桶爐LF鋼包，通入氬氣Ar流量為0.10.5mV分，進(jìn)行爐外精煉，按上述組分和含量要求加入Fe-v、Fe-Nb、Fe-Mn、Fe-Cr等相應(yīng)的合金，以調(diào)整鋼的化學(xué)成分；3)真空脫氣，真空度為《100Pa，時(shí)間》10分，以脫去鋼中[H]。權(quán)利要求1.耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrMoVNb鋼。其特征是它由如下的組分和含量組成(按重量百分比計(jì))C0.42～0.45Si0.15～0.30Mn0.60～0.90Cr0.90～1.20Mo0.15～0.30Ni0.35～0.60V0.08～0.15Nb0.03～0.06Cu≤0.20Al≤0.05S≤0.015P≤0.015As≤0.015Sn≤0.012[O]≤20PPM[H]≤2.0PPM其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。2.按權(quán)利要求1所述軸承套圈用42CrM。VNb鋼，其特征是它由如下的組分和含量組成(按重量百分比計(jì))Mn:0.600.90V:0.080.15S:《0,015[O]:《20PPMCr:0.901.20Nb:0.030.06P:《0.015[H]:《2.0PPMC:0.43Mo:0.16Cu:0.08As:0.011Si:0.26Ni:0.4Al:0.023Sn:0.007Mn:0.74V:0.10S:O.OIO;l.7PPM其余部分為Fe和正常的雜質(zhì),全文摘要耐低溫沖擊的風(fēng)電變槳、偏航軸承套圈用42CrMoVNb鋼。組成為C0.42～0.45、Si0.15～0.30、Mn0.60～0.90、Cr0.90～1.20、Mo0.15～0.30、Ni0.35～0.60、V0.08～0.15、Nb0.03～0.06、Cu≤0.20、Al≤0.05、S≤0.015、P≤0.015、As≤0.015、Sn≤0.012、[O]≤20PPM、[H]≤2.0PPM其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。在現(xiàn)有42CrMo鋼中增加釩V及鈮Nb，細(xì)化鋼組織，提高了鋼在低溫下的抗沖擊能力。碳C含量取上限值，以利表面淬-回火后達(dá)到HRC55～60要求。煉鋼中用鋁Al、砷As、錫Sn、造渣、脫氣，增加含量。用三個(gè)試樣在-40℃時(shí)檢測的沖擊功Akv達(dá)91J、97J、98J，是標(biāo)準(zhǔn)值的3.37倍以上，不僅超過-45℃的要求值，經(jīng)折算后，-70℃時(shí)也能滿足Akv＝27J。為更低溫度下要求沖擊功用鋼的研制開創(chuàng)了先例。填補(bǔ)了國內(nèi)空白?？捎糜谳S承和機(jī)械零部件，特別是風(fēng)電變槳、偏航軸承。文檔編號(hào)C22C38/48GK101230441SQ20081004539公開日2008年7月30日申請日期2008年2月21日優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日發(fā)明者宇文申請人:宇文