专利名称：：耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrMoVNb钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种耐低温冲击的合金结构钢。属合金类(C22C)。可用于轴承和机械另部件，特别是用于风力发电机变桨、偏航轴承套圈。(二)
背景技术：
-作为可再生能源之一的风力发电，我国拥有的储量及可开发量居世界首位，现已列入国家能源发展的国策。由于风力源地处高山、髙原、海岸及近海，气温、环境差异很大，风电机组又安装在几十、上百米高的塔架上，对与机组配套所用的变桨、偏航转盘轴承，风电制造厂家提出了如下要求20年内不得更换、大修；抗风沙，耐盐碱气候；满足土45。C的环境要求，在-45nC下其冲击功Akv》27J。我国新制定的JB/T10705，2007标准中，对偏航、变桨轴承套圈材料低温冲击功，在-30。C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、变桨轴承套圈材料采用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。用户提出的在-45°C下冲击功Akv》27J的要求，已高于JB/T10705-2007标准。为了满足用户的要求，向国内外几大特钢公司及中钢院提出订货咨询，无一家能提供钢材的化学成份及冷冲击功的数据，美国Timken及德国ThyssenKrupp两公司答应可以提供满足要求的钢材，但均不能提供详细的化学成份。査阅国外钢材资料，德国、美国都有42CrMo的钢号。现将我国42CrMo、西德42CrMo4、美国4140钢的化学成份列于表1表1<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>查阅国内钢材资料，国内尚无用于风电偏航、变桨轴承套圏的专用钢材。因此，在今年颁布实施的JB/T10705-2007标准中，只好沿用转盘轴承通用的42CrMo钢号，并指出"也可采用满足性能要求的其他材料"。意即风电偏航、变桨轴承套圈的专用钢材，有待研发，成功了即可采用。
发明内容本发明提出的耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrM。VNb钢，就是解决现有的合金钢42CrM不能满足风电制造厂家提出的偏航、变桨轴承套圈材料在—45。C下冲击功Akv》27J的要求的问题。为此自行研发满足要求的新型轴承用钢提上日程。本发明技术方案如下耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42GrM。VNb钢，其特征是它由如下组分和含量组成(按重量百分比计)C:0.420,45Si:0.150.30Mn:0.600.90Cr:0,901.20Mo:0.150.30Ni:0,350.60V:0.080.15Nb:0.030.06Cu:《0.20Al:《0.05S:《0.015P:《0.015As:《0.015Sn:《0.012[O]:《20PPM[H]:《2.OPPM其余部分为Fe和正常的杂质。在上述范围内组分和含量组成的优化数值方案，在实施例中描述。上述各组分和含量对本发明提出的轴承钢42CrMoVNb性能影响如下1)本发明钢与表l比增加抗冷冲击的fl^f&^金，钥及铌既可细化钢的组织，又提高了钢在低温下的抗冲击能力。钢中钒V为0.08M).15%,铌Nb为0.03~0.06%。2)碳C含量与表1中C含量比调整至0.420.45%，即取0.380.45%的偏上限值，以利于表面淬-回火后达到冊C5560的要求。3)硅Si、锰Mn、铬Cr、钼Mo基本取GB/T-3077-1999原定值。5)因铜Cu影响残留奥氏体含量，硫S、磷P影响钢的冷、热脆性，属有害元素，为保证钢材质量，故在原定值范围内取偏下值予以控制。6)特钢厂所用的废钢中含镍M量较高，考虑到Ni对细化组织有利，故将原定《0.30%调整为0.300.60%，检测的晶粒度为7级，比规定的5级高了2级，更加细化，说明适当增加M含量是有益的。7)炼钢中要使用铝A1、砷As、锡Sn造渣、脱气，故增加了其在钢中含量的要求，同时钢中的氧、氢含量是影响材料质量的重對射示，故亦提出了要求及检测。上述耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrM。VNb钢的冶炼方法，其特征是，包括下列步骤l)采用偏心炉底出钢法EBT电炉，加入炼钢生铁及废钢；2卿埋弧桶炉LF钢包，駄氩气Ar、^S^0.1~0.5m"分，进行炉外精炼，按力PAFe^v、Fe-Nb、F^Mn、F&0#^以调翻的化学敝3)真空脱气，真空度为《l00Pa，时间》10分，以脱去钢中[H]。检测方法按提出的设计要求，在特钢厂小样冶炼、测试的基础上，以电炉-炉外精炼-真空脱气的冶炼方法完成了14吨新钢种的试制、抽样化验、检测，并锻造了三种共14件的环形锻件，以用于1.5MW风电变桨轴承的试制。本发明有益效果i.本发明设计研制的42CrMoVNb新钢种填补了此钢种的国家空白。测试数据表明本新钢种不仅满足了耐-45CC低温下冲击功Akv》27J的风电变桨、偏航轴承套圈用钢的要求，且Akv》91J，其测试数据见表2，为更低温度下要求冲击功用钢的研制开创了先例。钢中钒V为0.080.15%，铌Nb为0.030.06%。尽管含量较少，但三个试样在"4(TC的条件下检测的冲击功Akv却达到了91J、97J、98J，是标准要求值的3.37倍以上，此冲击功值不仅超过-45°C的要求，折算后，在-70。C的条件下，满足AkF27J也无问题。ii.见表2，本发明新钢的力学性能、酸检、晶粒度等均达到要求。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>iii.本新钢42CrM。VNb可广泛用于耐低温冲击的轴承及各种机械零部件。具体实施例方式本实施例耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrM。VNb钢，由如下的组分和含量组成(按重量百分比计)C:0.43Mo:0.16Cu:0.08As:0.011Si:0.26Ni:0.4Al:0.023Sn:0.007Mn:0.74V:0.10S:O.OIO[O]督PMCr:1.03Nb:0.045P:0.008[H]:l.7PPM其余部分为Fe和正常的杂质。上述组分和含量的耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrMoVNb钢的冶炼方法，包括下列步骤l)采用偏心炉底出钢法EBT电炉，加入炼钢生铁及废钢；2)采用埋弧桶炉LF钢包，通入氩气Ar流量为0.10.5mV分，进行炉外精炼，按上述组分和含量要求加入Fe-v、Fe-Nb、Fe-Mn、Fe-Cr等相应的合金，以调整钢的化学成分；3)真空脱气，真空度为《100Pa，时间》10分，以脱去钢中[H]。权利要求1.耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrMoVNb钢。其特征是它由如下的组分和含量组成(按重量百分比计)C0.42～0.45Si0.15～0.30Mn0.60～0.90Cr0.90～1.20Mo0.15～0.30Ni0.35～0.60V0.08～0.15Nb0.03～0.06Cu≤0.20Al≤0.05S≤0.015P≤0.015As≤0.015Sn≤0.012[O]≤20PPM[H]≤2.0PPM其余部分为Fe和正常的杂质。2.按权利要求1所述轴承套圈用42CrM。VNb钢，其特征是它由如下的组分和含量组成(按重量百分比计)Mn:0.600.90V:0.080.15S:《0,015[O]:《20PPMCr:0.901.20Nb:0.030.06P:《0.015[H]:《2.0PPMC:0.43Mo:0.16Cu:0.08As:0.011Si:0.26Ni:0.4Al:0.023Sn:0.007Mn:0.74V:0.10S:O.OIO;l.7PPM其余部分为Fe和正常的杂质,全文摘要耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用42CrMoVNb钢。组成为C0.42～0.45、Si0.15～0.30、Mn0.60～0.90、Cr0.90～1.20、Mo0.15～0.30、Ni0.35～0.60、V0.08～0.15、Nb0.03～0.06、Cu≤0.20、Al≤0.05、S≤0.015、P≤0.015、As≤0.015、Sn≤0.012、[O]≤20PPM、[H]≤2.0PPM其余部分为Fe和正常的杂质。在现有42CrMo钢中增加钒V及铌Nb，细化钢组织，提高了钢在低温下的抗冲击能力。碳C含量取上限值，以利表面淬-回火后达到HRC55～60要求。炼钢中用铝Al、砷As、锡Sn、造渣、脱气，增加含量。用三个试样在-40℃时检测的冲击功Akv达91J、97J、98J，是标准值的3.37倍以上，不仅超过-45℃的要求值，经折算后，-70℃时也能满足Akv＝27J。为更低温度下要求冲击功用钢的研制开创了先例。填补了国内空白。可用于轴承和机械零部件，特别是风电变桨、偏航轴承。文档编号C22C38/48GK101230441SQ20081004539公开日2008年7月30日申请日期2008年2月21日优先权日2008年2月21日发明者宇文申请人:宇文