[发明专利]一种风电主轴用钢的冶炼工艺及风电主轴用钢

说明书

技术领域

本发明金属冶炼技术领域，具体涉及一种风电主轴用钢的冶炼工艺及风电主轴用钢。

背景技术

截止到2012年年底，我国风电累计装机容量达到7532万kw，保持总装机容量全球第一。风电机组运行在自然环境中，一年四季经历温度、风力等各种极端气候的考验，受力情况非常复杂。由于风电机组的大型化，零部件的结构越来越大，风电机组中主要部件的设计和制造问题将更加突出。主轴是风力发电机组中重要的零部件，体积大，质量大。从国内外的风电机组的运行实际情况来看，主轴断裂是主轴失效的主要形式，为了提高主轴的安全性和可靠性，必须保证主轴具有可靠的强度、刚度和足够的疲劳寿命。提高创新能力和制造技术水平是对整个行业提出具体要求，也是风电机组安全可靠运行的保证。在风力发电机组中，主轴承担了叶轮传递过来的各种载荷，并将扭矩传递给增速齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给机舱和塔架。风电机组的主轴材料应具有良好的综合机械性能（良好的淬透性，强度，耐磨性，韧性），以适应高应力和抗冲击载荷的作用。一般环境温度下采用合金钢42CrMo4，需要锻造并调质处理。

现有技术中大型钢锭的内部缺陷主要有偏析、夹杂物、气体、缩孔和疏松等。缺陷的形成与冶炼、浇铸和结晶过程密切相关，这些缺陷往往是造成大型锻件报废的主要原因。由于现有技术中风电主轴用钢材料工艺过程元素含量控制不够精确，导致化学成分波动范围宽，钢力学性能欠稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种内部缺陷少、钢力学性能稳定的风电主轴用钢的冶炼工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种风电主轴用钢的冶炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将洁净废钢置于电弧炉内加热至钢水温度1580℃以上，吹氧造渣脱磷脱碳，搅动熔池去气去夹杂，然后依次加入脱氧剂去氧、铁合金和增碳剂，将温度控制在1650～1670℃出钢；

S2：将S1钢水倒入钢包精炼炉内，造渣并加入SiFe粉末保持白渣，加入合金微调钢水中的元素含量，调整钢水中铝重量百分比为0.035～0.045%；

S3：将S2所得温度为1650～1690℃的钢水转入钢包精炼炉中，66.7Pa的真空度下保持Ar压力0.2～0.4MPa，保持至少15min，并在氩气压力为 0.05pa下吹氩至少 10min；

S4：用钢包进行吊包浇铸，控制钢水浇铸温度为1550～1565℃，并对钢锭实退火缓冷处理，得风电主轴用钢钢锭。

优选的技术方案为，S4中退火缓冷处理的退火温度为770～790℃，退火保温时间为44～50h，钢锭缓冷至200℃以下出炉。采用上述退火缓冷工艺有助于消除钢锭的热应力和组织应力，还可以使钢锭中以分子形式存在的氢脱溶和脱除，减少钢锭内的氢脆白点，有助于优化钢锭的机械性能，而且得到的钢锭裂纹敏感性明显降低。

优选的技术方案为，钢锭浇铸钢水进入帽口时向帽口处加入发热剂，发热剂的加入量与钢锭的重量比为1.3～1.7。通过调节发热剂的加入量，控制钢锭界面温度的下降速度，延长钢水凝固之间，有助于使钢锭获得较优的弹性模量，并且能减少帽口处钢材质内部的缩孔现象。

优选的技术方案为，S1出钢钢水的组成中，按重量百分比计，碳不大于0.28%、硅不大于0.15%、锰不大于0.5%、磷不大于0.01%、铬不大于1.4%、镍不大于1.4%、铜不大于0.15%、钼不大于0.15%。将S1出钢钢水的元素组成控制在上述范围内，有助于使元素组成波动范围更窄，残余元素和有害元素的含量少，进一步优化钢的力学性能

优选的技术方案为，S2中造渣所用造渣剂为碳化硅。

为了减少浇铸过程中钢流与大气的接触，防止易氧化元素被氧化，保证钢中尽可能少的夹杂，优选的技术方案为，浇铸工序采用钢包钢流氩气保护装置。

优选的技术方案为，浇铸速度为1.25～1.47t/min。浇铸速度的控制有助于得到合适的钢水冷却速度，使钢组织更均匀、细小和致密，钢综合性能优良。

本发明还在于提供一种风电主轴用钢，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：0.3～0.4%的碳、0.2～0.38%的硅、0.5～0.7%的锰、0.02%以下的磷、0.015%以下的硫、1.4～1.7%的铬、1.4～1.7%的镍、0.2%以下的铜、0.15～0.3%的钼、0.05%以下的铌，余量为铁和不可避免的杂质。