[發明專利]一種高淬透性風電螺栓用鋼、棒材及其制造方法

在審

• 申請號: 202111121161.2
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN115896607A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 王維;趙四新;高加強;章軍;余大江
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/44;C21D1/18;C21D6/00;C21D8/06;C22C33/04
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所(普通合伙) 31228
• 代理人: 楊丹莉;李丹

本發明公開了一種高淬透性風電螺栓用鋼，其含有Fe和不可避免的雜質，還含有質量百分含量如下的下述各化學元素：C：0.32～0.38％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.50～0.8％，Cr：1.3～1.7％，Mo：0.15～0.25％，Ni：1.3～1.7％，Al：0.02～0.05％。相應地，本發明還公開了上述高淬透性風電螺栓用鋼的制造方法，其包括步驟：(1)冶煉和鑄造；(2)加熱；(3)軋制或鍛造；(4)淬火：淬火溫度為830～1030℃；(5)回火：回火溫度為540～660℃，回火后空冷或水冷。本發明所述的高淬透性風電螺栓用鋼不僅具有高強韌性和高淬透性，還具有良好的全截面組織均勻性，其可以滿足用戶對全截面硬度極差小、低溫沖擊功高的風電螺栓用鋼的需求。

技術領域

本發明涉及一種鋼材、棒材及其制造方法，尤其涉及一種高淬透性鋼材、棒材及其制造方法。

背景技術

近年來，為了提高發電效率和降低發電成本，我國風電行業尤其是大容量的兆瓦級別大型風力發電機組得到了快速發展，已經有越來越多的風電設備開始投入到市場中進行使用。

風電設備的工作環境大多比較惡劣，所采用的高強度緊固件需要長期在野外服役，其維修條件差，因而通常對于緊固件所采用的鋼材的性能要求較高；在正常連續工作情況下，作為緊固件的風電螺栓要求必須保證20年以上的使用壽命。

目前市場上的緊固件產品大多均根據ISO898-1的緊固件機械性能-螺栓、螺釘和螺柱要求進行生產，這一標準對緊固件的機械和物理性能提出了非常嚴格的要求，其中的難點主要是芯表硬度差與低溫沖擊韌性的要求。這就要求生產緊固件的鋼材需要具有良好的組織均勻性以及淬透性，在淬火時能得到足夠的淬硬層深度，確保馬氏體比例，從而保證最終產品的組織、硬度均勻性與強韌性匹配。

一般來說，緊固件產品規格越大，則對鋼材的組織均勻性以及淬透性要求就越高，生產難度也越大。在現有技術中，由于風機容量不斷增大，同時也會帶來風塔的重量持續提高，因此風電螺栓的應用規格也隨之不斷增大，目前通常采用42CrMo類鋼種制造10.9級風電螺栓。

但是，42CrMo螺栓鋼的最大淬透直徑為42mm，如果采用42CrMo鋼制造42mm以上螺栓，其表面與芯部性能差異極大(硬度波動達到5-8HRC，芯部韌性低于指標要求-40℃≥27J)，如此大的性能波動在使用過程中會發生局部過載導致螺栓失效，容易造成重大事故。

因此，目前所使用的傳統42CrMo類螺栓鋼制造大尺寸風電螺栓會對風機造成極大的安全隱患，這種鋼材并不能滿足大尺寸42mm以上螺栓的指標要求。為此，急需研發一種既能滿足大尺寸風電螺栓的高淬透性要求，又可確保螺栓產品質量穩定的新型螺栓鋼。

公開號為CN108179356A，公開日為2018年6月19日，名稱為“一種高淬透大尺寸風電螺栓用鋼及其制造方法”的中國專利文獻，公開了一種高淬透大尺寸風電螺栓用鋼及其制造方法，其控制C：0.35-0.45％，Si≤0.20％，Mn：0.60-1.00％，P≤0.012％，S≤0.005％，Cr：1.00-1.50％，Mo：0.15-0.40％，B：0.0005-0.003％，Ti：0.03-0.08％，Als：0.02-0.05％，N≤0.005％，Ca：0.0003-0.001％，余量為Fe及不可避免的雜質。該專利所公開的技術方案通過添加Ti來固N，發揮B增加強度與淬透性的作用，主要用于制造10.9-12.9級、尺寸規格在42-75mm范圍的大尺寸風電螺栓；此外，該技術方案可以通過控制鋼中酸溶鋁含量獲得高淬透性，利用淬透性模型計算設計元素上下限范圍，提高螺栓截面硬度與力學性能的穩定性，細化晶粒提高大尺寸螺栓鋼的低溫沖擊韌性。