[发明专利]一种用于大型风电装置的合金钢及其工件的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及用于风电设备上的合金钢，以及用其合金钢制成工件的方法，具体涉及一种超大直径风力发电机用新型高强度、高韧性、耐低温合金结构钢的及其工件的制造工艺，所述合金钢主要用于制造大型风力发电机主轴、风电轴承、风电齿坯，钢锭、连铸坯，以及法兰等重型锻件。

背景技术

随着我国工业现代化的飞速发展，能源缺口越来越大；近年来提出发展低碳经济，新能源的开发得到全世界人们的重视。尤其是风力发电倍受瞩目，因为它是一种不产生任何污染排放的可再生的自然能源，而且与太阳能、地热、生物能发电相比，风电是当前从技术上、经济上最具有商业化规模开发条件的新能源，所以在国内外得到迅猛发展，近十年来，风力发电在全球装机容量年平均增长率为30％以上。

我国的风能资源十分丰富，根据国家气象局估计，可达20～25亿KW，是我的国经济持续稳定发展的可靠能源保障。

在新增风电装机容量中，过去几年主流机型为750KW，现在已逐渐大型化、重型化、主流机型为1.5MW及2.5MW；所用发电机主轴由6000mm长增长到18000mm长，重量由6T增长到40T；法兰最大外径由4000mm增长达7500mm，重量由5T增长到30T。

由于风电机组在野外工作，要求可靠运行20年，要经受住各种极端恶劣天气和非常复杂的风力交变载荷；北方有严寒低温，沙尘等问题；南方有台风，抗大气腐蚀，防雷电等问题。

因此，对风力发电装备用钢有很高的技术性能要求。以前国内外通常选用42CrMoA合金钢，虽然在高强度方面能基本满足要求，但是在塑韧性能方面尚感不足，尤其是在-30℃至-60℃冲击韧性的冲击值达不到30J/cm²。因此，只有通过研究、改进合金钢中微量元素的成分及含量，以及改进合金钢的生产工艺才有可能提高冲击韧性的冲击值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种可用于超大直径风力发电设备上的新型高强度、高韧性、耐低温的合金钢，以及该合金钢的生产工艺，并且提供一种用该合金钢制造风力发电设备上工件的加工工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于大型风电装置的合金钢，其特征在于，所述的合金钢含有下列化学成分：0.30～4.0wt％的碳、0.30～0.80wt％的硅、1.20～1.80wt％的锰、≤0.025wt％的磷、≤0.015wt％的硫、1.00～1.60wt％的铬、0.50～0.90wt％钼、0.20～0.35wt％的钒、0.05～0.12wt％的氮、0.02～0.07wt％的稀土，余量为铁及不可避免的杂质。

优选的技术方案是，在所述的合金钢内包含有≤0.10wt％的铌和/或钛。

进一步优选的技术方案是，所述的合金钢内下列化学成分的含量分别为：0.32～0.38wt％的碳、0.40～0.60wt％的硅、1.40～1.70wt％的锰、≤0.02wt％的磷、≤0.010wt％的硫、1.20～1.50wt％的铬、0.60～0.80wt％钼、0.25～0.35wt％的钒、0.06～0.10wt％的氮、0.03～0.06wt％的稀土。

优选的技术方案还包括，在所述化学成分中钒/氮的质量比为3～4；或钒+铌/氮质量比为4～5。

优选的技术方案还包括，在所述化学成分中稀土/硫的质量比为2～3。

一种用于大型风电装置的合金钢工件的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括如下工艺步骤：

S1、将铁水预处理后用于转炉炼钢，或将废钢用电炉炼钢；

S2、将S1步骤得到的钢水用精炼炉进一步精炼成权1至5任意一项所述的合金钢；

S3、将S2步骤得到的合金钢连铸成φ600～φ800mm坯料，或13～33T的钢锭；

S4、将冷却后的连铸坯料或钢锭进行火焰清理；

S5、再将清理后的坯料或钢锭加热、锻造；

S6、将锻造后的合金钢进行缓冷处理；

S7、将缓冷处理后的锻件再进行热处理；

S8、将热处理后的合金钢锻件通过机加工，制成风电装置中使用的工件；

S9、将机加工后的工件进行探伤、检验；

S10、将探伤、检验后的工件包装入库。

其中，在所述S2步骤中，当钢水温度达到1580℃～1590℃时，可进入还原期冶炼，此时先向钢水内喷吹硅钙合金粉、和/或电石粉、和/或铝粉，然后先加入硅锰铁合金、铬铁合金、钒铁合金和稀土合金，同时向钢水中吹氮气，在加入稀土合金应控制在稀土与硫之比为2～3；钒与氮之比控制在3～4。