[发明专利]一种高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用钢及其生产工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及钢铁行业中的合金结构钢，具体涉及高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用42CrMo4钢设计及其生产工艺。

背景技术：

由于风电机组大多位于国内北方地区和沿海地区，风电回转支承轴承一般安装在一百多米高的风力发电机上，长期受到巨大的风力作用，而且要在零下几十度的环境温度下工作。风力发电机开始偏转时，偏航加速度将产生冲击力矩。偏航转速越高，产生的加速度也越大，由于转动惯量非常大，这样使本来就很大的冲击力矩成倍增加。除冲击力矩外，风力发电机如果在运动过程中偏转，偏航回转支承还将承受相当大的陀螺力矩，容易造成偏航支承的工作疲劳失效。另外，由于风力发电机在野外高空环境中工作，回转支承工作在风沙、雨水、盐雾、潮湿等环境下，给其安装、润滑及维修都带来不便。为此不仅要求支承具有足够的强度和承载能力，还要求其运行平稳、安全可靠、寿命长(一般要求20年)、润滑、防腐及密封性能良好。

我国JB/T10705-2007标准中，对偏航、变桨风电回转支承套圈材料低温冲击功，在-30℃条件下规定Akv不小于27j。在上述风力发电机轴承的专用标准中，规定了：偏航、变桨回转支承套圈材料采用42CrMo，其性能应符合GB/T3077-1999的规定，也可采用满足性能要求的其他材料。而国内外风电制造厂家要求材料满足：在-40℃下其冲击功Akv≥27j。美国铁姆肯、德国蒂森克虏伯具备该钢种的生产能力，但是由于技术保密难以得到准确的化学成分及生产工艺。国内专利申请号200810045394.7，公开了“耐低温冲击的风电变浆、偏航轴承套圈用42CrMoVNb钢”，这种钢虽能解决在低温下的冲击功问题，但由于合金成分设计中含有镍、钒、铌等贵重金属，不仅大大增加了钢的成本，而且合金元素的提高还增加了钢材冶炼难度，更为连铸坯内在质量的控制增加了较大难度。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用钢，同时提供这种钢的生产工艺，不仅解决了GB/T3077中42CrMo合金结构钢不能满足-40℃下Akv≥27j的难题，而且与现有技术相比具有成本低、钢的强度高、塑性好、耐候性能、以及低温冲击性能好。

国内目前用于高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用42CrMoVNb钢(专利号：200810045394.7)以及GB/T3077标准成分，与本发明的钢种对比情况如下。(重量比％)

本发明通过以下技术方案实现：

一种高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用钢，化学成分wt％为：C：0.41-0.44％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.60-0.80％，Cr：0.90-1.20％，Mo：0.20-0.30％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，Al：0.015-0.045％，，Cu：≤0.20％，Sb：≤0.003％，Sn：≤0.002％，As：≤0.010％，B≤0.0010％，[O]：≤15ppm，[H]：≤1.5ppm，[N]：≤70ppm，余为Fe。

本发明进一步优选方案是，所述钢的化学成分wt％为：C：0.41-0.44％，Si：0.20-0.32％，Mn：0.65-0.75％，Cr：1.00-1.10％，Mo：0.21-0.25％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Al：0.020-0.040％，Cu：≤0.02％，Sb：≤0.0003％，Sn：≤0.001％，As：≤0.005％，B≤0.0010％，[O]：≤0.0015％，[H]：≤0.00015％，[N]：≤0.0060，余为Fe。

本发明更进一步优选方案是，所述钢的化学成分wt％为：C：0.41-0.44％，Si：0.26-0.28％，Mn：0.68-0.70％，Cr：1.01-1.03％，Mo：0.23-0.24％，P：≤0.012％，S：≤0.002％，Al：0.032-0.036％，Cu：≤0.02％，Sb：≤0.0003％，Sn：≤0.0012％，As：≤0.005％，B≤0.0004％，[O]：≤0.0013％，[H]：≤0.00015％，[N]：≤0.0048，余为Fe。

用上述钢的圆坯经过锻造、热处理后-40℃冲击功大于27j。

下面具体说明本发明高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用42CrMo4钢化学成分的限定理由。