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CN114855073A - 一种高品质模铸风电齿轮钢及其制备方法 - Google Patents

一种高品质模铸风电齿轮钢及其制备方法 Download PDF

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徐卫明
于广文
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Abstract

本发明公开了一种高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.18‑0.20％、Mn：1.0‑1.2％、Cr：0.9‑1.1％、Mo：0.08‑0.2％、Al：0.02‑0.04％、Ni：0.8‑1.2％、Si：0.2‑0.3％、P：≤0.02％、S：0.015‑0.02％，余量为铁和内生夹杂物；其制备方法，其步骤如下：成分设计→电炉冶炼→真空碳脱氧→LF精炼→VD真空→浇注→钢锭→钢锭加热→锻造→锻后热处理→粗加工→探伤检验。本申请技术方案通过对材料纯净度控制、晶粒度控制等关键工艺进行研究，有效控制钢中氧、磷、硫含量和其他有害元素含量，从源头上确保材料的高纯净度，同时对锻造与热处理工艺进行创新和改进。

Description

一种高品质模铸风电齿轮钢及其制备方法
技术领域
本发明专利涉及钢铁冶金制造技术领域，尤其涉及一种高品质模铸风电齿轮钢及其制备方法。
背景技术
齿轮钢是对可用于加工制造齿轮用合金材料的统称，是风电装备、轨道交通、机械装备、汽车制造、船舶制造等领域用特种合金材料中要求较高的关键材料之一，以风电装备为例，80％以上的故障发生于齿轮箱和发电机，而齿轮箱是风电装备传动系统的关键部件，是完成风能转换的核心部件，其故障的发生容易引起设备的停机，因此对于齿轮箱齿轮钢材料性能要求极为严苛。
国外对于齿轮钢加大了对齿轮渗透钢的研究力度，使齿轮钢材料具有良好的渗透性、获得“外硬内韧”综合性能，保证齿轮钢材料具有良好的成形性及机加工性，同时保证齿轮钢材料的热处理变形量小，避免或减少后期机加工量。
目前，国内齿轮钢行业经过多年来的快速发展，取得了较大的成就，但在高端齿轮钢生产方面与国外仍有一定的差距，在纯净度、晶料度以及淬透性和力学性能方面仍有很大的缺陷。
随着国民经济迅速发展，未来齿轮钢向着良好淬透性、高纯净度和高晶粒度级别等方向发展，不断朝国际接轨，使生产出的齿轮钢适用于风电装备、轨道交通、机械装备、汽车制造、船舶制造等领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高品质模铸风电齿轮钢。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.18-0.20％、Mn：1.0-1.2％、Cr：0.9-1.1％、Mo：0.08-0.2％、Al：0.02-0.04％、Ni：0.8-1.2％、Si：0.2-0.3％、P：≤0.02％、S：0.015-0.02％，余量为铁和内生夹杂物；
所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％；
所述的高品质模铸风电齿轮钢在≥700℃以≤1℃/min的速度升温加热，950℃保温80h淬火的晶粒度8-9级，无混晶。
优选的，所述的高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.20％、Mn：1.2％、Cr：1.1％、Mo：0.2％、Al：0.04％、Ni：1.2％、Si：0.3％、P：0.02％、S：0.02％，余量为铁和内生夹杂物。
优选的，所述的高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.18％、Mn：1.0％、Cr：0.9％、Mo：0.08％、Al：0.02％、Ni：0.8％、Si：0.2％、P：0.015％、S：0.015％，余量为铁和内生夹杂物。
本申请还保护一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其步骤如下：成分设计→电炉冶炼→真空碳脱氧→LF精炼→VD真空→浇注→钢锭→钢锭加热→锻造→锻后热处理→粗加工→探伤检验。
优选的，所述的真空碳脱氧过程中，控制钢水原始氧含量小于50ppm。
优选的，所述的LF精炼过程中，控制所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％。
优选的，所述的VD真空过程中，铝含量控制0.03-0.04％。
优选的，所述的浇注过程中，将制得的钢水降温至1200℃-1250℃后浇筑成模具钢胚样；连铸速度1.7～1.9m/min，波动范围±0.01m/min。
优选的，所述的锻后热处理过程中，控制温度920℃-950℃采用机油进行淬火；淬火完成后的钢胚样进行回火处理。
本发明技术效果：本申请技术方案通过对材料纯净度控制、晶粒度控制等关键工艺进行研究，有效控制钢中氧、磷、硫含量和其他有害元素含量，从源头上确保材料的高纯净度，同时对锻造与热处理工艺进行创新和改进。
通过本申请技术方案，使风电齿轮钢纯净度和晶粒度大大提高，提高风电风电齿轮钢的纯净度，满足风电客户对风电齿轮钢提出的苛刻要求，通过提高风电齿轮钢的晶粒度，为风电主机、轨道交通等行业提高渗碳温度，缩短渗碳时间，奠定了材料基础，材料性能提升大大减少渗碳时间，降低能源消耗，经济效益十分可观。
氧含量是钢中纯净度的一个重要指标，所以一直都在追求低氧量，通常电炉出钢，钢水氧含量都在几百ppm或者上千ppm，这就给后续的精炼操作带来很大压力，需要加入很多脱氧剂进行还原，同时这些脱氧剂将形成大量夹杂物，本公司在电炉出钢后，进LF精炼炉前，进行真空碳脱氧，能够精确控制氧含量到50ppm以下，从而使精炼炉的造渣脱氧压力大大降低，进一步提高钢水纯净度。
优化的成分设计和预处理工艺，能够保证18CrNiMo7-6钢在≥700℃以≤1℃/min的速度升温加热，950℃保温80h淬火的晶粒度8-9级，无混晶，解决了更高要求风电齿轮箱对风电齿轮钢材料晶粒度的要求，并为风电客户提高渗碳温度，缩短渗碳时间，节能降耗提供了更大的空间。
调整精炼渣系，控制渣组分和夹杂物性质，控制VD过程铝的损失量，保证VD炉后不喂铝(为控制风电齿轮钢的晶粒度，铝含量必须控制一定含量0.03-0.04％，所以大多数情况下VD后需要补铝)，避免二次喂铝形成的夹杂物。
附图说明
图1实施例1所得高品质模铸风电齿轮钢的电镜照片；
图2实施例1所得高品质模铸风电齿轮钢的晶粒度测试结果；
图3实施例1所得高品质模铸风电齿轮钢的内生夹杂物测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明技术方案进行进一步描述：
实施例1
所述的高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.20％、Mn：1.2％、Cr：1.1％、Mo：0.2％、Al：0.04％、Ni：1.2％、Si：0.3％、P：0.02％、S：0.02％，余量为铁和内生夹杂物。
所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％；
所述的高品质模铸风电齿轮钢在≥700℃以≤1℃/min的速度升温加热，950℃保温80h淬火的晶粒度8-9级，无混晶。
所述的高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其步骤如下：成分设计→电炉冶炼→真空碳脱氧→LF精炼→VD真空→浇注→钢锭→钢锭加热→锻造→锻后热处理→粗加工→探伤检验。
所述的真空碳脱氧过程中，控制钢水原始氧含量小于50ppm。
所述的LF精炼过程中，控制所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％。
所述的VD真空过程中，铝含量控制0.03-0.04％。
所述的浇注过程中，将制得的钢水降温至1200℃-1250℃后浇筑成模具钢胚样；连铸速度1.7～1.9m/min，波动范围±0.01m/min。
优选的，所述的锻后热处理过程中，控制温度920℃-950℃采用机油进行淬火；淬火完成后的钢胚样进行回火处理。
实施例2
所述的高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.18％、Mn：1.0％、Cr：0.9％、Mo：0.08％、Al：0.02％、Ni：0.8％、Si：0.2％、P：0.015％、S：0.015％，余量为铁和内生夹杂物。
所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％；
所述的高品质模铸风电齿轮钢在≥700℃以≤1℃/min的速度升温加热，950℃保温80h淬火的晶粒度8-9级，无混晶。
所述的高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其步骤如下：成分设计→电炉冶炼→真空碳脱氧→LF精炼→VD真空→浇注→钢锭→钢锭加热→锻造→锻后热处理→粗加工→探伤检验。
所述的真空碳脱氧过程中，控制钢水原始氧含量小于50ppm。
所述的LF精炼过程中，控制所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％。
所述的VD真空过程中，铝含量控制0.03-0.04％。
所述的浇注过程中，将制得的钢水降温至1200℃-1250℃后浇筑成模具钢胚样；连铸速度1.7～1.9m/min，波动范围±0.01m/min。
所述的锻后热处理过程中，控制温度920℃-950℃采用机油进行淬火；淬火完成后的钢胚样进行回火处理。

Claims (9)

1.一种高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.18-0.20％、Mn：1.0-1.2％、Cr：0.9-1.1％、Mo：0.08-0.2％、Al：0.02-0.04％、Ni：0.8-1.2％、Si：0.2-0.3％、P：≤0.02％、S：0.015-0.02％，余量为铁和内生夹杂物；
所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％；
所述的高品质模铸风电齿轮钢在≥700℃以≤1℃/min的速度升温加热，950℃保温80h淬火的晶粒度8-9级，无混晶。
2.根据权利要求1所述的一种高品质模铸风电齿轮钢，其特征在于：所述的高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.20％、Mn：1.2％、Cr：1.1％、Mo：0.2％、Al：0.04％、Ni：1.2％、Si：0.3％、P：0.02％、S：0.02％，余量为铁和内生夹杂物。
3.根据权利要求1所述的一种高品质模铸风电齿轮钢，其特征在于：所述的高品质模铸风电齿轮钢，按照质量百分含量，其组成为：C：0.18％、Mn：1.0％、Cr：0.9％、Mo：0.08％、Al：0.02％、Ni：0.8％、Si：0.2％、P：0.015％、S：0.015％，余量为铁和内生夹杂物。
4.权利要求1-3任意一项所述的一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其步骤如下：成分设计→电炉冶炼→真空碳脱氧→LF精炼→VD真空→浇注→钢锭→钢锭加热→锻造→锻后热处理→粗加工→探伤检验。
5.根据权利要求4所述的一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述的真空碳脱氧过程中，控制钢水原始氧含量小于50ppm。
6.根据权利要求4所述的一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述的LF精炼过程中，控制所述的内生夹杂物，按照质量百分含量，其组成为：C：44.79％、O：17.09％、Fe：36.08％、Si：0.28％、Ca：0.32％、Cr：0.63％、S：0.14％、Mn：0.40％、Ni：0.26％。
7.根据权利要求4所述的一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述的VD真空过程中，铝含量控制0.03-0.04％。
8.根据权利要求4所述的一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述的浇注过程中，将制得的钢水降温至1200℃-1250℃后浇筑成模具钢胚样；连铸速度1.7～1.9m/min，波动范围±0.01m/min。
9.根据权利要求4所述的一种高品质模铸风电齿轮钢的制备方法，其特征在于：所述的锻后热处理过程中，控制温度920℃-950℃采用机油进行淬火；淬火完成后的钢胚样进行回火处理。
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