一种风电偏航、变桨轴承套圈用钢及其制备方法

摘要

一种风电偏航、变桨轴承套圈用钢，它的化学成分质量百分比为：C：0.37～0.42、Mn：0.50～0.80、Mo：0.20～0.30、Ni：1.30～1.70、Cr：0.70～1.00、Si：0.20～0.50、Al酸溶：0.035～0.055、V：0.07～0.12、N：≦0.004、O：≦0.0008、H：≦0.00015、S：≦0.010、P：≦0.015，其余部分为Fe和少量杂质。上述风电偏航、变桨轴承套圈的制备方法是对加工成的风电偏航、变桨轴承套圈进行热处理，首先加热到860～890℃温度保温3‑5h进行奥氏体化后油淬处理，然后再加热到580～630℃温度保温3‑5h油冷至室温。本发明制备的钢具有优异的淬透性，其淬透性远高于40CrNiMo钢，各项力学性能完全达到大功率(5MW)风电偏航和变桨轴承用钢的标准和使用要求。

权利要求

1.一种风电偏航、变桨轴承套圈用钢，其特征在于：它的化学成分质量百分比wt％为：C 

0.37～0.41、Mn 0.50～0.80、Mo 0.20～0.30、Ni 1.30～1.70、Cr 0.70～1.00、Si 0.20～

0.50、Al酸溶0.036～0.040、V 0.07～0.12、N 0.0022～0.0030、O≤0.0008、H≤0.00015、S≤

0.010，P≤0.015，其余部分为Fe和少量杂质。

2.权利要求1所述的风电偏航、变桨轴承套圈用钢的制备方法，其特征在于：(1)采用转炉冶炼钢水，将钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理，采用常规保护浇铸工艺获得纯净少氮的钢坯，将钢坯进行热塑性加工、正火、热碾环加工成风电偏航、变桨轴承套圈；

(2)对上述轴承套圈进行热处理，首先加热到860～890℃温度保温3-5h进行奥氏体化后油淬处理，然后再加热到580～630℃温度保温3-5h油冷至室温。

说明书

一种风电偏航、变桨轴承套圈用钢及其制备方法

[0001] 技术领域 本发明涉及一种合金钢及其制备方法。

[0002] 背景技术 风能作为一种可再生绿色能源，越来越受到世界各国的青睐。近年来，世界各国加大了对风能的开发力度，加快研发风能发电设备。为降低风力发电成本，最大限度的降低风力发电机组的造价，各国正在不断提高单机功率，从而提高风能转换效率，提高风电市场竞争力。目前实现国产化的风力发电机组主要为3MW及以下的小功率发电机组，5MW及以上大功率风力发电机组的关键零部件主要依赖进口，其中就包括偏航、变桨轴承。
为在大功率(5MW及以上)风电机组的生产上突破国外的技术封锁，自主研制一种具有优异淬透性能的中碳调质钢显得尤为重要。

[0003] 在JB/T 10705-2007滚动轴承、风力发电机轴承中提出以42CrMo钢作为偏航、变桨轴承套圈的制造用钢，因此国内生产的小功率(3MW及以下)风电机组用偏航、变桨轴承也普遍采用42CrMo钢为生产材料，但是单机功率增大必然导致轴承套圈尺寸的增大，42CrMo钢甚至具有优异淬透性的40CrNiMo钢已经无法达到轴承钢所要求的性能指标，因此研发新钢种已成必行之举。

[0004] 专利公告号CN101935811A，名称为“一种高强度、耐低温冲击、耐候性的风电回转支承用钢及其生产工艺”的中国发明专利，该钢的组成成分wt％为C：0.41～0.44％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.60～0.80％，Cr：0.90～1.20％，Mo：0.20～0.30％，P：≤0.020％，S：≤
0.015％，Al：0.015～0.045％，Cu：≤0.20％，，Sb：≤0.003％，Sn：≤0.002％，As：≤
0.010％，B：≤0.010％，[O]：≤15ppm，[H]≤1.5ppm，[N]≤70ppm，余为Fe。该发明提供了一种高强度、耐低温冲击风电轴承钢，其-40℃冲击功大于27J，但是其并未给出强度级别。从该钢合金成分看，该钢的淬透性应与42CrMo钢相近，只能用于小功率(3MW及以下)风电轴承的生产。专利公告号CN101230441B，名称为“耐低温冲击的风电变桨、偏航轴承套圈用
42CrMoVNb钢”的中国发明专利，该42CrMoVNb钢的组分和含量为C：0.42～0.45、Si：0.15～
0.30、Mn：0.60～0.90、Cr：0.90～1.20、Mo：0.15～0.30、Ni：0.35～0.60、V：0.08～0.15、Nb：
0.03～0.06、Cu≤0.20、S：≤0.015、P：≤0.015、[O]:≤20ppm、[H]：≤2.0ppm，其余为Fe和正常的杂质。该发明提供了一种风电偏航、变桨轴承用钢，虽添加了V、Nb等微合金元素，但并未提及其对于钢淬透性的提高作用，而仅仅在于细化晶粒尺寸，如此在应用于大尺寸大截面的轴承生产时仍然无法解决心部性能不达标的问题。

[0005] 发明内容 本发明的目的在于提供一种工艺简单、具有优异淬透性的风电偏航、变桨轴承套圈用钢及其制备方法。它是在中碳低合金钢中添加了少量的V和Al合金元素，并将钢中的N控制在较低含量，利用Al元素的固N作用，阻止VN生成，使V以固溶状态存在于奥氏体中，用于提高钢的淬透性。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 本发明风电偏航、变桨轴承套圈用钢的化学成分质量百分比(wt％)为：C0.37～0.42、Mn 0.50～0.80、Mo 0.20～0.30、Ni 1.30～1.70、Cr 0.70～1.00、Si0.20～0.50、Al酸溶0.035～0.055、V 0.07～0.12、N≤0.004、O≤0.0008、H≤0.00015、S≤0.010，P≤
0.015，其余部分为Fe和少量杂质。

[0008] 上述风电偏航、变桨轴承套圈用钢的制备方法：

[0009] (1)采用转炉冶炼钢水，将钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理，采用常规保护浇铸工艺获得纯净少氮的钢坯，将钢坯进行热塑性加工、正火、热碾环加工成风电偏航、变桨轴承套圈；

[0010] (2)对上述轴承套圈进行热处理，首先加热到860～890℃温度保温3-5h进行奥氏体化后油淬处理，然后再加热到580～630℃温度保温3-5h油冷至室温。

[0011] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0012] 1、具有优异的淬透性，其淬透性远高于40CrNiMo钢。

[0013] 2、各项力学性能完全达到大功率(5MW)风电偏航和变桨轴承用钢的标准和使用要求。

具体实施方式

[0014] 实施例1

[0015] 采用转炉冶炼钢水，将钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理，采用常规保护浇铸工艺获得纯净少氮的钢坯，钢的化学成分为(wt％)：C：0.39、Mn：0.69、Mo：0.22、Cr：0.89、Si：0.34、Al酸溶：0.039、N：0.0022、O：0.0007、H：0.00010、S：0.004、P：0.006，其余为Fe和正常杂质；将上述钢坯进行热塑性加工、正火、热碾环加工成5MW级风电变桨轴承套圈尺寸；对上述轴承套圈进行热处理，加热到温度860℃，保温4h进行奥氏体化后油淬，然后再加热到630℃，保温3h后油冷至室温。对壁厚12.5mm位置处取样进行机械性能测试，结果如表
1：

[0016] 表1.

[0017]

[0018] 实施例2

[0019] 采用转炉冶炼钢水，将钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理，采用常规保护浇铸工艺获得纯净少氮的钢坯，钢的化学成分为(wt％)：C：0.41、Mn：0.71、Mo：0.25、Cr：0.92、Si：0.40、Al酸溶：0.040、N：0.0030、O：0.0006、H：0.00012、S：0.004、P：0.008，其余为Fe和正常杂质，将上述钢坯进行热塑性加工、正火、热碾环加工成5MW级风电偏航轴承套圈尺寸；对上述轴承套圈进行热处理，加热到温度875℃，保温5h进行奥氏体化后油淬，然后再加热到600℃，保温5h后油冷至室温。对壁厚12.5mm位置处取样进行机械性能测试，结果如表2所示：

[0020] 表2.

[0021]

[0022] 实施例3

[0023] 采用转炉冶炼钢水，将钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理，采用常规保护浇铸工艺获得纯净少氮的钢坯，钢的化学成分为(wt％)：C：0.38、Mn：0.65、Mo：0.30、Cr：0.88、Si：0.35、Al酸溶：0.036、N：0.0028、O：0.0007、H：0.00013、S：0.005、P：0.009，其余为Fe和正常杂质，将上述钢坯进行热塑性加工、正火、热碾环加工成5MW级风电偏航轴承套圈尺寸；对上述轴承套圈进行热处理，加热到温度890℃，保温3h进行奥氏体化后油淬，然后再加热到580℃，保温4h后油冷至室温。对壁厚12.5mm位置处取样进行机械性能测试，结果如表3所示：

[0024] 表3.

[0025]