本發明涉及冶金
技術領域：
，屬于合金鋼類，具體涉及一種風電中間軸齒輪滲碳用鋼及其制備方法。
背景技術：
：風力發電機組運轉環境非常惡劣，受力情況復雜，要求所用的材料除了要滿足機械強度條件外，還應滿足極端溫差條件下所具有的材料特性，如抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩定性等等。對齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動力的作用而要求極為嚴格的選材和結構設計，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結構或焊接結構，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時，由于齒輪與軸之間的連接所限，常制成軸齒輪的形式。中國專利文獻CN102367549A涉及大型風力發電機齒輪用棒材及其制備方法，組分：C：0.37～0.42％，Si：0.15～0.40％，Cr：0.80～1.25％，Mn：0.50～0.90％，Mo：0.15～0.30％，S≤0.015％，Al：0.02～0.04％，O≤0.0015％，H≤0.00020％，P≤0.012％，余量為Fe和不可避免的雜質。工藝：采用EAF+LF精煉+VD真空處理冶煉，控制電爐終點碳、終點磷及出鋼溫度，出鋼過程鋼包內加入合成渣、硅錳合金、復合中鋁進行預脫氧；精煉過程全程吹氬攪拌，充分進行脫氧、脫硫、去夾雜；在VD爐小于0.5乇的真空度下處理至少10分鐘，破真空后喂入Al線控制鋼中Al在0.02％～0.04％之間；連鑄執行全保護及低過熱度澆注，凝固末端采用中等強度輕壓下工藝，軋制采用大壓下軋制。該發明具有高純凈度和致密度的棒材，適應風電齒輪復雜而惡劣的工作環境。但是，該發明開發的齒輪鋼為中碳CrMo齒輪鋼，可用于生產風電齒圈，但是無法用于生產軸齒。技術實現要素：本發明針對現有技術存在的問題，提供了一種風電中間軸齒輪滲碳用鋼及其制備方法。本發明風電中間軸齒輪滲碳用鋼具有淬透性高和穩定、帶窄，可滿足高強度軸齒輪的加工及使用要求。本發明的具體技術方案如下：本發明的風電中間軸齒輪滲碳用鋼，其化學成分按重量百分比計為：C：0.15％～0.21％，Si：0.17％～0.37％，Mn：0.50％～0.70％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：1.50％～1.80％，Ni：1.40％～1.70％，Mo：0.25％～0.35％，Al：0.015％～0.050％，H：≤1.5×10-4％，N：≤90×10-4％，T.O：≤15×10-4％，余量為Fe及不可避免的雜質。根據本發明的滲碳用鋼，其中優選地，其化學成分按重量百分比計為：C：0.17％～0.19％，Si：0.18％～0.22％，Mn：0.55％～0.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：1.60％～1.65％，Ni：1.45％～1.48％，Mo：0.26％～0.30％，Al：0.015％～0.030％，H：≤1.5×10-4％，N：≤90×10-4％，T.O：≤15×10-4％，余量為Fe及不可避免的雜質。決定齒輪使用壽命的三大要素為：抗彎曲疲勞、抗接觸疲勞、齒輪的嚙合精度。齒輪材料合金元素與淬透能力的構成是決定三大要素的先決條件。齒輪鋼通常為滲碳鋼，較低的碳含量能保證零件心部有良好的韌性。硅(Si)：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑。鉻、錳、鎳、鉬的作用是增加鋼的淬透性。但鉻和鉬為碳化物形成元素，將促使面層碳含量增加，容易在滲層組織中出現大量碳化物，使滲層性能惡化。鎳使鋼滲碳后各種力學性能優越，但工藝性差，鍛坯滲碳后不能直接淬火，要經過再次加熱淬火，工藝較復雜，且價格較貴。滲碳熱處理工藝是決定齒輪質量、使用性能和使用壽命的重要工序，它決定齒輪的表面、心部硬度和金相組織、熱處理后的變形和齒輪工作時齒輪的接觸情況，鋼材化學成分的設計應使滲碳后表面到心部碳分布平緩過度，淬火后滲碳層不出現增加脆性、使零件早期破壞的大塊碳化物或網狀碳化物。硅會降低滲碳層深度和表面碳含量，且在滲碳層中增加形成氧化物傾向；錳會增加滲碳層中殘余奧氏體的數量；磷(P)：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，降低塑性，使冷彎性能變壞。P控制在P≤0.015％；硫(S)：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，S≤0.010％；鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、切削加工性能。本發明的上述滲碳用鋼的制備方法，包括以下步驟：(1)電爐冶煉：熱裝鐵水和廢鋼配料，熱裝鐵水占配料質量的60～70％；控制出鋼時P≤0.010％，出鋼溫度1630～1660℃；(2)精煉爐冶煉：控制爐渣堿度不小于2.5，精煉過程保持白渣；在白渣下充分攪拌后，取一次樣全分析，根據一次樣分析結果，按內控要求調整C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni等成分含量；LF精煉爐出鋼前，按0.5～1.5m/t鋼喂入鋁線調整控制鋼中全鋁含量目標在0.015％～0.030％，按照1.5～3.0m/t鋼喂入鈣線，白渣保持時間大于30min；(3)VD爐真空精煉：真空度小于等于67Pa保持時間≥27分鐘，VD爐處理后軟吹氬時間≥20分鐘，VD爐軟吹氬處理后控制上鋼溫度：連鑄第一爐：1600～1605℃，第二爐：1570～1575℃，第三爐以后：1565～1570℃。(4)連鑄：中間包液面800±50mm，結晶器液面波動誤差在±2mm以內，鋼種液相線溫度1498～1509℃，中包過熱度按20～30℃控制，中包第一爐：1540～1550℃，第二爐以后1525～1535℃；拉速控制：Ф500mm坯型按照0.35±0.01m/min控制；Ф650mm坯型按照0.25±0.01m/min控制；鑄坯矯直溫度≥950℃；鑄坯緩冷要求：不能在冷床停留，要及時入坑緩冷，要輕吊輕放；緩冷制度：圓坯入坑溫度大于等于650℃，出坑溫度小于等于200℃，其中，Ф500mm連鑄圓坯緩冷時間不小于56小時，Ф650mm連鑄圓坯緩冷時間不小于96小時；(5)軋制：預熱段溫度600～850℃，加熱段溫度1100～1270℃，均熱段溫度1200～1240℃，允許溫差≤30℃；Ф500mm冷坯加熱時間7～8h，Ф500mm熱坯加熱時間5～6h；Ф650mm冷坯加熱時間8～9h，Ф650mm熱坯加熱時間7～8h；開軋溫度1100℃～1190℃，終軋溫度900～1000℃。本發明配料優化及精煉過程合適精煉渣系解決了鋼中氣體含量[O]、[N]含量及純凈度的控制。軋鋼過程中合適的加熱時間及加熱溫度保證了鋼材的組織均勻性及表面質量的要求。根據本發明的制備方法，其中優選地，步驟(1)在配料過程中加入石灰25～35kg/t鋼，白云石4～8kg/t鋼，隨出鋼流加入鋼芯鋁2.0～3.5kg/t鋼，鋼包合金化時按照成分下限配入合金調整，促進劑用量2.5±0.5kg/t鋼。進一步優選地，步驟(1)中熱裝鐵水占配料質量的65％～70％；在配料過程中加入石灰28～33kg/t鋼，白云石5～6kg/t鋼；在熔化早期噴碳粉造泡沫渣，終點碳低于0.10％時，按上限隨出鋼流加入鋼芯鋁2.5～3.0kg/t鋼，鋼包合金化時按照成分下限配入合金調整，促進劑用量2.5kg/t鋼，控制出鋼時P≤0.010％。根據本發明的制備方法，其中優選地，步驟(2)控制爐渣成分為CaO50wt％～55wt％、SiO24wt％～8wt％、Al2O320wt％～30wt％、MgO3wt％～8wt％以及FeO+MnO≤1.0wt％。進一步優選地，步驟(2)中控制精煉渣堿度大于2.5，渣成分CaO53wt％～55wt％、SiO24wt％～6wt％、Al2O320wt％～25wt％、MgO3wt％～5wt％以及FeO+MnO≤1.0wt％。根據本發明的制備方法，其中優選地，步驟(5)冷坯在600℃以下以120～150℃/h加熱速度緩慢升溫預熱，待鋼坯完全奧氏體化后，再提高加熱速度，以160～200℃/h加熱速度進行加熱。進一步優選地，步驟(5)中加熱段分段加熱：預熱段600～850℃，加熱1段1100～1170℃，加熱2段1200～1270℃；均熱段溫度1200～1240℃，允許溫差≤30℃；Ф500mm冷坯加熱時間7.5h，Ф650mm冷坯加熱時間8.5h，相應的熱坯加熱時間降低1～2h；保證爐內弱還原性氣氛；開軋溫度1190℃；加強對軋制節奏的控制，保證終軋溫度900～1000℃。本發明的優異效果如下：1、鎳、鉬、錳、鉻合金的加入及合理搭配改善了材料的熱處理性能；保證了材料的各項力學性能；同時增加了材料的淬透性能；滿足了風電軸齒輪的性能要求。提高了齒輪的疲勞性能,提高了風電軸齒輪的使用壽命。2、發明的齒輪鋼低倍組織好，純凈度高，氣體含量低，晶粒細小，組織致密，帶狀組織級別低，末端淬透性和穩定性明顯提高。改善了材料的工藝加工性能及熱處理。附圖說明圖1為為本發明實施例1制得的齒輪鋼熱軋狀態金相組織照片100×。圖2為本發明實施例1制得的齒輪鋼熱軋狀態金相組織照片500×。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于此。生產工藝流程為：配料→電弧爐冶煉→LF精煉爐精煉→VD真空精煉爐精煉→圓坯連鑄(Ф650mm)→連軋軋機軋制。試驗生產4爐次，分別編號1#、2#、3#和4#。(1)電弧爐冶煉爐料結構為廢鋼+鐵水，鐵水比例大于60％；主要控制工藝參數列于表1。表1電弧爐冶煉主要工藝參數(2)LF精煉爐冶煉鋼包底吹氬氣攪拌，采用SiC擴散脫氧，喂鋁線進行沉淀脫氧；造渣采用預熔渣、石灰、螢石進行調整；主要控制工藝參數見表2，終渣主要成分見表3。表2LF精煉爐冶煉主要控制工藝參數表3LF精煉爐冶煉終渣主要成分(質量百分數，％)(3)VD爐真空精煉鋼包入VD爐之前，扒除50％左右的爐渣；鋼包至VD爐工位后，主要控制工藝參數列于表4。表4VD爐真空精煉主要控制工藝參數(4)連鑄連鑄機五機五流，鑄坯規格Ф650mm。連鑄采用大包長水口氬封保護，中間包加低碳覆蓋劑和碳化稻殼保溫，中間包鋼液液面770～800mm，結晶器浸入式水口保護澆注方式。液壓非正弦振動；結晶器液位自動控制；采用結晶器電磁攪拌，參數210A/1.2HZ；二冷采用動態控制氣一霧冷卻的弱冷方式；鑄坯多點矯直。連鑄控制工藝參數列于表5。表5連鑄控制工藝參數(5)軋制鑄坯熱送軋制，熱送鑄坯表面溫度800～830℃，裝入加熱爐鑄坯表面溫度530～580℃。軋制規格Ф250mm的圓鋼。軋制控制工藝參數列于表6。表6軋制控制工藝參數爐次編號均熱溫度，℃加熱時間，h開軋溫度，℃終軋溫度，℃1#12007.511909402#12007.511909403#12108.511909424#12108.51180931結果數據(1)成分本實施例成分列于表7。表7本發明實施例成分(質量百分比，％)(2)軋材性能檢驗結果本實施例低倍、高倍檢驗及末端淬透性試驗分別列于表8、表9和表10。表8本發明實施例的低倍檢驗表9本發明實施例的高倍檢驗表10本發明實施例的末端淬透性試驗由表8～10和圖1～2可以看出：本發明的風電中間軸齒輪鋼低倍組織好，夾雜物級別低，氣體含量低，晶粒細小，組織致密，帶狀組織級別低，末端淬透性明顯提高和穩定等優點。本發明的滲碳用鋼組織為鐵素體+珠光體，組織均勻。然而，本發明并不受限于上述實施例，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求書中所界定的范圍為準。當前第1頁1 2 3