[发明专利]一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金结构钢技术领域，具体涉及一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法。

背景技术

近年来，风电发展不断超越其预期发展速度，并且一直保持着新能源发展增长最快的地位。截止2011年末，全球累计风电装机容量达到239GW(十亿瓦特)，同比增幅21.5％，满足世界电力3％的需求。2015年的全球新增风电装机容量将达到60.5GW，相较2010年的35.8GW会有明显增长。风电机组的主要构成部分为，塔筒、机舱底座、塔筒法兰和门框，风力发电机，主轴、轴承、齿轮和叶片等，风力发电机组的偏航、变桨系统，偏航系统的主要作用就是与风力发电机组的控制系统相互配合，跟踪风向的变化，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率。偏航和变桨系统要承受很大的倾覆力矩，且部分裸露在外，易受沙尘、水雾、冰冻等污染侵害。

专利文献CN101250666A公开了一种风电用齿轮钢及其制备方法，该风电齿轮用钢成分为C0.40～0.46％，Mn0.60～1.00％，Si0.15～0.38％，Cr0.90～1.20％，Mo0.15～0.35％，Nb0.01～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。虽然该钢材可满足-40℃低温环境的工件要求，但针对高纬度极寒地区海上-60℃低温环境使用要求，钢的低温性能不能安全满足使用要求。

发明内容

本发明针对高纬度极寒地区海上-60℃低温环境风电偏航齿圈用钢需满足高承载、高寿命、高可靠性、耐低温冲击(Aku2≥55J，-60℃)等设计需求，结合风电机组的作业环境和使用要求，通过钢的合金化和制造工艺设计，提供了一种风电偏航齿圈用钢及其制造方法。

本发明以CrMo钢为基础，添加Ni合金元素；严格控制钢中P、S、Ti、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量以及钢中气体含量。本发明还提供了所述低温环境风电偏航齿圈用钢的制造方法，生产的合金结构钢纯净度高、具有优异的低温冲击韧性，钢的内部质量满足风电机组高可靠性超声波探伤要求。

本发明提供的风电偏航齿圈用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.37～0.45％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.60～0.90％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Cr：0.90％～1.20％、Mo：0.20～0.30％、Ni：0.30～0.80％、Cu：≤0.20％、Alt：0.015～0.040％、Ti：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％、[O]≤20ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术特点之一在于钢的成分设计。本发明以CrMo钢为基础，添加Ni合金元素，并严格控制钢中P、S、Ti、As、Sn、Pb、Sb、Bi有害元素含量，以及钢中气体含量。

为了提高钢的低温冲击性能，本发明在所述钢材中加入Ni，并将其含量控制在0.30～0.80％。

本发明还控制作为钢中的脱氧剂的铝的含量，从保证钢液脱氧和降低钢的洁净度的角度出发，本发明控制Al含量为：0.015～0.040％，该范围的Al同时也可起到细晶强化的作用。

此外，钢中有害元素P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi会提高钢的脆性转变温度，恶化钢的低温冲击性能，本发明严格控制钢中P：≤0.015％、S：≤0.005％、As：≤0.020％、Sn：≤0.020％、Pb：≤0.0025％、Sb：≤0.025％、Bi：≤0.005％。

本发明中钛是强的固氮元素，Ti含量过高，析出的TiN会对低温性能和抗疲劳性能造成不利影响，因此本发明控制Ti：≤0.005％。

此外，钢中气体含量会对钢的洁净度、氢致裂纹造成不利影响，为保证钢的可靠性和内部质量，本发明控制钢中[O]≤20ppm、[N]≤70ppm、[H]≤1.5ppm。

优选的，所述钢的组成按质量百分数为：