[發明專利]一種大規格風電軸承滾動體用鋼及其生產方法

有效

• 申請號: 202110546516.6
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN114134403B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 李文彬;羅元東;李鋒;許曉紅;白云;尹青;陳敏
• 申請（專利權）人: 江陰興澄特種鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/18;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/50;C22C38/60;B23P15/14;C22C33/04
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 趙海波

本發明涉及一種大規格風電軸承滾動體用鋼及其生產方法，屬于產品微觀結構為鐵素體和粒柱狀珠光體；按照碳化物顯微檢測SEP 1520法，碳化物CN5≤5.3，CZ6≤6.1，CZ7≤7.4，球化碳化物組織達到2.2級；按照ASTM E381對鋼材低倍組織評級，低倍組織滿足：C≤2、R≤2、S≤2，并且不出現縮孔、裂紋及皮下氣泡。微觀夾雜物按照GB/T10561A法檢驗，非金屬夾雜物滿足：A類細系≤1.5；A類粗系≤1.0；B類細系≤1.0；B類粗系≤0.5；C類細系＝0；C類粗系＝0；D類細系≤1.0；D類粗系≤0.5；Ds類≤1.0；宏觀缺陷按SEP 1927水浸高頻探傷方法檢驗，采用5級靈敏度檢測，檢測總體積≥5dm³，宏觀夾雜物達到零缺陷。

技術領域

本發明屬于特種鋼冶煉技術領域，更具體的是涉及風電軸承滾動體用鋼及相應的生產方法。

背景技術

風能作為一種無污染和可再生的綠色環保新型能源，在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下，風能的開發勢在必行。特別在沿海島嶼及交通不便的地域，風能更能體現其優勢。作為一種高效清潔的新能源也日益受到世界各國的重視，其蘊量巨大。

風電軸承是風能的核心設備，其主要包括：偏航軸承總成、風葉主軸軸承、變速器軸承、發電機軸承等。其中軸承套圈之間的滾動體主要有四點接觸球、交叉滾子、圓柱滾子、調心滾子、深溝球等。風電軸承滾動體作為風電軸承機構的重要傳動裝置，其排布在軸承外圈與內圈之間，在風電軸承高速運轉時，風電軸承滾動體承受著強大的多種交變負荷和沖擊，從而對原材料軸承滾動體用鋼提出了很高的要求。再由于風電軸承規格比較大，在吊裝和更換軸承極為不便且成本較高，一次安裝拆卸費用即高達幾十萬到上百萬,使得風電軸承滾動體具有很高的技術復雜度,是公認的國產化難度最大的技術之一。為了滿足風電軸承工況惡劣和長壽命的要求，制作軸承滾動體的鋼材對有害元素含量、非金屬夾雜物及組織均勻性等要求嚴格。以往由于模鑄、電渣重熔工藝生產的鋼材在上述質量控制方面具有優勢，目前風電軸承滾動體用鋼采用模鑄、電渣重熔工藝生產的軸承鋼，且大尺寸風電軸承滾動體用鋼主要依靠進口。

與模鑄、電渣重熔工藝相比，而連鑄工藝在生產效率、成材率、產能、能耗、生產成本、清潔生產等方面具有明顯的優勢。因此，使用連鑄工藝生產大規格風電軸承滾動體，是市場發展趨勢。但連鑄工藝在非金屬夾雜物、碳化物均勻性和組織均勻性等方面的控制技術方面還不成熟。

發明內容

本發明為了滿足大規格風電軸承滾動體用鋼材的強度、硬度、韌性等性能要求，本發明在目前生產高碳硅錳軸承鋼的基礎上，通過對鋼材中有害元素含量進行合理設計，優化生產工藝流程、關鍵工藝參數，降低鋼中氧含量和有害元素含量，從而減少非金屬夾雜物，提高鋼的純凈度；通過對連鑄、軋制及熱處理各工序的優化設計來控制鋼材內部組織，從而改善碳化物均勻性及組織均勻性，并使各性能滿足大規格風電軸承滾動體用鋼的要求，替代當前的模鑄、電渣重熔生產工藝，替代進口。

本發明對微觀夾雜物、宏觀夾雜物及碳化物尺寸大小都提出嚴格的要求，微觀夾雜物包括A類、C類塑性夾雜物和B類、D類脆性夾雜物。塑性夾雜物在鋼中是軟的質點，在鋼的變形過程中不易與基體之間產生分離，因此其危害較??；而脆性夾雜物在鋼中是硬的質點，在軸承運轉時產生各種應力集中，同時在鋼的變形過程中易與基體分離產生裂紋，更加劇了應力集中易引起開裂，夾雜物顆粒越大、長度越長其危害越大。

本發明非金屬夾雜物根據GB/T 10561A法檢驗，各類夾雜物最大值不超過表1要求。

表1

本發明的宏觀缺陷按SEP 1927(鍛軋鋼棒純凈度水浸超聲測定方法)水浸高頻探傷方法檢驗，采用5級靈敏度檢測，檢測總體積≥5dm³，宏觀夾雜物達到零缺陷。