[发明专利]一种齿轮箱锻件用合金钢及其锻件的制造方法和应用

说明书

本发明公开了一种齿轮箱锻件用合金钢，其特征在于，包括以下质量百分含量的元素组分：C：0.15～0.21％；Si：0.17～0.35％；Mn：0.60～0.90％；P：0～0.015％；S：0～0.005％；Al：0.020～0.040％；Nb：0.015～0.05％；V：0～0.15％；Ti：0～0.080％；N：0.0075～0.0125％；余量为Fe；Al/N＝2～5；As+Sn+Pb+Sb+Bi＝0～0.035％。本发明还公开了一种采用齿轮箱锻件用合金钢的锻件的制造方法和应用。本发明的锻件具有优异的塑韧匹配性和高晶粒度稳定性，满足高发电量的风电变速箱齿轮性能要求。

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱锻件用合金钢及其锻件的制造方法和应用，尤其涉及一种海上风电变速箱齿轮锻件用合金钢及其锻件的制造方法和应用，属于高性能金属材料加工技术领域。

背景技术

海上风电作为一种清洁能源，凭借其距离用电负荷近、发电稳定、不占用陆地土地资源等优势，在中国发展迅速。近年来，海上风电并网装机容量及新增并网装机持续增长。国内海上风电市场的迅速扩容，强劲推动了本土产业链的扩展和升级，2021年海上风电累计装机2639万千瓦，新增装机1690万千瓦。

目前，海上风电齿轮箱有4个或8个行星轮，一级传动有4个，二级传动有8个，其机组动力增速的核心部件均采用18CrNiMo7-6材料，这种材料的锻件所制备出的齿轮具有高抗弯强度、接触疲劳强度，还具有高的强度和耐磨性，心部具有高的硬度和韧性，综合机械性能较高等优点。然而，随着海上风力发电量的不断攀升，为确保风电齿轮产品的高效性、安全性运行，对齿轮材料质量的技术指标也在不断提高，尤其是要求大型齿轮锻件芯部具有更好的塑韧匹配性，同时还要求具备高晶粒度稳定性。因此，传统的18CrNiMo7-6及其锻件 (其力学性能一般为：抗拉强度≥1080Rm/MPa；屈服强度≥850Rp_0.2/MPa；伸长率A≥11％；断面收缩率Z≥35％；室温冲击韧性≥40J；晶粒度≥3级)在海上风电变速箱齿轮应用中已难以满足日益增长的要求。综上所述，本领域技术人员亟需在18CrNiMo7-6基础上开发具有防止渗碳淬火变形、良好的切削能力以及高晶粒度稳定性的材料，用以满足高发电量(大型高载)的风电变速箱齿轮性能要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种齿轮箱锻件用合金钢，该合金钢通过设计特定的Ti、Al和Nb元素配比，获得的合金钢可以满足高发电量的海上风电变速箱齿轮性能要求。

同时，本发明提供一种采用齿轮箱锻件用合金钢的锻件的制造方法，该法获得的锻件具有优异的塑韧匹配性和高晶粒度稳定性。

同时，本发明提供一种采用齿轮箱锻件用合金钢的锻件的制造方法获得的锻件在海上风电设备中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种齿轮箱锻件用合金钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C： 0.15～0.21％；Si：0.17～0.35％；Mn：0.60～0.90％；P：0～0.015％；S：0～0.005％； Cr：1.55～1.80％；Ni：1.50～1.70％；Mo：0.25～0.35％；Cu：0～0.20％；Al： 0.020～0.040％；Nb：0.015～0.05％；V：0～0.15％；Ti：0～0.080％；N： 0.0075～0.0125％；Ca：0～10ppm；Sn：0～100ppm；Pb：0～100ppm；Bi：0～100ppm； Sb：0～30ppm；As：0～150ppm；H：0～1.5ppm；O：0～15ppm，余量为Fe；Al/N＝ (2.67～3.2)：1；As+Sn+Pb+Sb+Bi＝0～480ppm。

包含上述的一种齿轮箱锻件用合金钢的锻件。

一种齿轮箱锻件用合金钢的锻件的制造方法，包括以下步骤：

S1.锻前准备：以上述齿轮箱锻件用合金钢为坯料，进炉加热至1250℃保温3～5小时，以备锻造；