專利名稱：一種風(fēng)電法蘭合金鋼及工件的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)電塔筒上的合金鋼，以及用其合金鋼制成工件的方法，具體涉及一種超大直徑風(fēng)力發(fā)電機用新型高強度、高韌性、耐低溫合金結(jié)構(gòu)鋼的及其工件的制造工藝，所述合金鋼主要用于制造大型風(fēng)力發(fā)電機主軸、風(fēng)電軸承、風(fēng)電齒坯，鋼錠、連鑄坯， 以及法蘭等重型鍛件。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，能源缺口越來越大；近年來提出發(fā)展低碳經(jīng)濟， 新能源的開發(fā)得到全世界人們的重視。尤其是風(fēng)力發(fā)電倍受矚目，因為它是一種不產(chǎn)生任何污染排放的可再生的自然能源，而且與太陽能、地?zé)?、生物能發(fā)電相比，風(fēng)電是當(dāng)前從技術(shù)上、經(jīng)濟上最具有商業(yè)化規(guī)模開發(fā)條件的新能源，所以在國內(nèi)外得到迅猛發(fā)展，近十年來，風(fēng)力發(fā)電在全球裝機容量年平均增長率為30%以上。我國的風(fēng)能資源十分豐富，根據(jù)國家氣象局估計，可達(dá)20 25億KW，是我的國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的可靠能源保障。在新增風(fēng)電裝機容量中，過去幾年主流機型為750KW，現(xiàn)在已逐漸大型化、重型化、 主流機型為1. 5麗及2. 5麗；所用發(fā)電機主軸由6000mm長增長到18000mm長，重量由6T增長到40T ；法蘭最大外徑由4000mm增長達(dá)7500mm，重量由5T增長到30T。由于風(fēng)電機組在野外工作，要求可靠運行20年，要經(jīng)受住各種極端惡劣天氣和非常復(fù)雜的風(fēng)力交變載荷；北方有嚴(yán)寒低溫，沙塵等問題；南方有臺風(fēng)，抗大氣腐蝕，防雷電等問題。因此，對風(fēng)力發(fā)電裝備用鋼有很高的技術(shù)性能要求。以前國內(nèi)外通常選用42CrMoA 合金鋼，雖然在高強度方面能基本滿足要求，但是在塑韌性能方面尚感不足，尤其是在-30°C至-60°C沖擊韌性的沖擊值達(dá)不到30J/cm2。因此，只有通過研究、改進(jìn)合金鋼中微量元素的成分及含量，以及改進(jìn)合金鋼的生產(chǎn)工藝才有可能提高沖擊韌性的沖擊值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，設(shè)計一種可用于超大直徑風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的新型高強度、高韌性、耐低溫的合金鋼，以及該合金鋼的生產(chǎn)工藝，并且提供一種用該合金鋼制造風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上工件的加工工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種風(fēng)電法蘭合金鋼，其特征在于， 所述的合金鋼含有下列化學(xué)成分0. 25 0. 60wt%的碳、0. 15 0. 18wt%的硅、0. 15 1. 20wt % 的錳、彡 0. 015wt % 的磷、彡 0. 012wt % 的硫、0. 80 1. OOwt % 的鉻、0. 30 0. 50wt%鉬、0. 15 0. 30wt%的釩、彡 0. 25wt%的鎳、彡 0. 15wt% 的銅、0. 05 0. 12wt% 的氮、彡15ppm的氧、彡1. 5ppm的氫和0. 15 0. 05wt%的稀土，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述的合金鋼內(nèi)包含有彡0. 15wt%的鈮和/或鈦。
進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，在所述化學(xué)成分中釩/氮的質(zhì)量比為1. 5 3 ；或釩+ 鈮/氮質(zhì)量比為3 4. 5。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述化學(xué)成分中稀土 /硫的質(zhì)量比為1 2. 5。一種風(fēng)電法蘭合金鋼工件的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括如下工藝步驟Si、將鐵水預(yù)處理后用轉(zhuǎn)爐煉鋼，或?qū)U鋼用電爐煉鋼；S2、將Sl步驟得到的鋼水用精煉爐進(jìn)一步精煉成權(quán)1至4任意一項所述的合金鋼；S3、將S2步驟得到的合金鋼連鑄成Φ 300 Φ 600mm坯料；S4、將冷卻后的坯料采用噴砂工藝進(jìn)行清理；S5、再將清理后的坯料加熱、鍛造；S6、將鍛造后的坯料自然冷卻至環(huán)境溫度；S7、將自然冷卻后的鍛件再進(jìn)行熱處理；S8、將熱處理后的鍛件通過機加工，制成風(fēng)電法蘭工件；S9、對機加工后的工件進(jìn)行探傷、檢驗；S10、將探傷、檢驗后的工件包裝入庫。其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，在所述S2步驟中當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1680°C 1690°C時， 進(jìn)入還原期冶煉，先向鋼水內(nèi)噴吹硅鈣合金粉或電石粉，然后先加入硅錳鐵合金、鉻鐵合金、釩鐵合金和稀土合金，同時向鋼水中吹氮氣，再加入稀土合金應(yīng)控制在稀土與硫之比為 1 2. 5 ；釩與氮之比控制在1. 5 3。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述S3工藝中需采用如下技術(shù)措施1)保護(hù)澆鑄，為了減少鋼水被二次氧化和外來雜質(zhì)夾雜帶入鋼水中，采用中間包鋼水覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣，鋼包與中間包之間采用長水口連接，中間包鋼水通過浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器，水口均采用氦氣保護(hù)以及石棉密封圈密封；鋼錠澆鑄過程也采用氦氣保護(hù)；2)實施動態(tài)壓實，在連鑄時對鋼坯進(jìn)行動態(tài)壓實；3)采用機械攪拌，在連鑄時，用攪拌器對鋼水進(jìn)行機械攪拌；4)兩次冷卻，連鑄時采用三次冷卻，三次冷卻強度為，冷卻水量一般為0.5 1.0L/kg，可分區(qū)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述S6自然冷處理步驟中還需對工件進(jìn)行去氫氣的處理，對于尺寸較小的鍛件去氫氣處理，只要鍛后放入自然冷卻坑內(nèi)，自然冷卻至 40°C以下出坑即可；對于大鍛件去氫氣的處理工藝為將終鍛后的工件快速冷卻至180 2600C，保溫2. 5 4小時，使過冷奧氏體快速分解，再加熱到620 650°C保溫，使鋼中氫氣快速逸出，保溫時間可依據(jù)工件大小而定，一般為15 30小時。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案還有，在所述S7步驟中采用二步熱處理法進(jìn)行，先正火熱處理鍛件，然后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理；將鍛件毛坯先進(jìn)入熱處理爐加熱到870°C 士5，保溫2. 5 小時后，出爐空冷或吹風(fēng)加速冷卻，冷卻至150 200°C，再入爐加熱到890°C 士5，保溫2. 5 小時出爐，在水溶液槽中淬火，將水溶液溫度控制在30°C 40°C之間，鍛件冷卻到150°C以下，再進(jìn)入回火爐中加熱到550°C 士 10，保溫8 10小時，然后隨爐冷卻至100°C以下出爐。
本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于，本發(fā)明采用科學(xué)合理的方法，設(shè)計出一種適合于用作超大直徑重型風(fēng)力發(fā)電機的塔筒連接法蘭鍛件合金鋼的化學(xué)成分組成，同時還設(shè)計出合金鋼的冶煉、澆鑄、鐵合金的加入方法及大型鍛件制造等方面一系列有效技術(shù)措施與工藝步驟等，該合金鋼(35CrMnM0VNREA)新材料與目前國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機塔筒連接法蘭所用的42CrMoA牌號比，抗拉強度(Rm)提高了 120 180Mpa、屈服強度(Rpa2)提高了 90 140Mpa，斷后伸長率(A)提高了三個百分點，斷面收縮率(Z)提高4個百分點，特別是低溫沖擊韌性顯著提高，常溫α kV提高45 55J/cm2 ；-30°C α kV提高；35 45J/cm2 ；-60°C α kV 提高22 35J/cm2。耐大氣及耐海洋大氣腐蝕率提高兩個等級以上。年腐蝕速率由1.0mm/ a下降到0. 6mm/a水平。
圖1是合金鋼工件的制造工藝中自然冷卻工藝的去氫處理工藝圖；圖2是合金鋼工件的制造工藝中熱處理的正火處理工藝圖；圖3是合金鋼工件的制造工藝中熱處理的淬火處理工藝圖；圖4是合金鋼工件的制造工藝中熱處理的回火處理工藝圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明是用于大型風(fēng)電裝置的合金鋼，其特征在于，所述的合金鋼含有下列化學(xué)成分0. 25 0. 60wt% 的碳、0. 15 0. 18wt% 的硅、0. 15 1. 20wt% 的錳、彡 0. 015wt% 的磷、彡 0. 012wt% 的硫、0. 80 1. 00wt% 的鉻、0. 30 0. 50wt%鉬、0. 15 0.
釩、彡0. 25wt %的鎳、彡0. 15wt %的銅、0. 05 0. 12wt %的氮、彡15ppm的氧、彡1. 5ppm 的氫和0. 15 0. 05wt %的稀土，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。所述合金鋼的牌號為 35CrMnMoVNREA0在所述化學(xué)成分中釩/氮的質(zhì)量比為1. 5 3 ；或釩+鈮/氮質(zhì)量比為3 4. 5。 在所述化學(xué)成分中稀土 /硫的質(zhì)量比為1 2. 5。本發(fā)明各合金元素設(shè)計的理論及實踐依據(jù)35CrMnMoVNREA高強度合金結(jié)構(gòu)鋼是還可以通過熱處理(淬火+回火)對其性能進(jìn)行調(diào)整的。合金元素系人們?yōu)榱双@得所需的組織和各種性能向鋼中加入的具有一定含量范圍的元素。本發(fā)明主要元素確定是碳(C)、硅(Si)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鉬(Mo)、釩(V)、 氮(N)、銅(Cu)鎳(Ni)、磷(P)、硫(S)氮(N)、氧(0)、氫(H)和稀土(RE)，其余合金為GB/ T3077-1999合金結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的含量范圍，在此不作詳述。1) C含量的確定從上述三個公式可見，C是合金結(jié)構(gòu)鋼中重要元素，隨著鋼中C含量的增加，鋼的抗拉強度和硬度大幅提高，是合金結(jié)構(gòu)鋼提高抗拉強度最有效合金元素，但是在鋼提高強度的同時，鋼的塑韌性、耐腐蝕、耐低溫性能等卻顯著降低，所以本發(fā)明在綜合考慮之后，決定采取降C，把C含量確定為0. 25% 0. 60%，用添加V、N合金元素細(xì)化晶粒手段彌補降C 損失強度的問題，這樣是合理的選擇。
2) Cr含量的確定Cr元素雖然對抗拉強度貢獻(xiàn)不大，但對耐大氣腐蝕和耐海洋大氣腐蝕有決定性影響，是提高耐腐蝕性不可缺少的合金元素，但是考慮到Cr合金價格較高，應(yīng)該控制使用，把 Cr含量提高到0. 80% 1. 00%是合適的。3) Mn含量的確定Mn元素對鋼的強度貢獻(xiàn)雖然不大，而提高M(jìn)n含量主要目的是為了提高鋼的沖擊韌性和塑性，尤其是Mn對降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度貢獻(xiàn)較大，該鋼要求在-60°C沖擊吸收功 30J情況下是不可缺少的。而且Mn合金是我國富有資源，價格也不高，所以把Mn含量提高到0. 15% 1.2%是適宜的。4) Mo含量的確定Mo元素在鋼中的作用不是以提高鋼的強度為主要目的，而是為了提高鋼回火穩(wěn)定性；另外Mo與Cr元素同時存在鋼中，對耐大氣和海洋大氣腐蝕性能有特殊貢獻(xiàn)；但是Mo是比較貴重合金元素，應(yīng)該合理使用，把Mo含量確定在0. 30% 0. 50%也是比較合理的。5)V和N含量的確定從上述三個公式可見，當(dāng)鋼中加入微量V和N合金元素后，對提高鋼的抗拉強度貢獻(xiàn)很大，原因是在一定的熱力學(xué)條件下，V和N與碳形成V的化合物和碳的氮化物，并在回火時彌散析出在基體金屬結(jié)晶的缺陷處，同時可以細(xì)化鋼的晶粒度，因此，在V與N共同存在鋼中，不但鋼的強度大幅度提高，一般沉淀強化增量達(dá)160 ^K)Mpa，同時鋼的塑韌性又不顯著降低，反而對低溫沖擊韌性有所提高；經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加0. 15% V和0. 05% N并且含0. 011 %的Al，由于形成AlN次生氮化物相彌散析出，當(dāng)鐵素體晶粒由20 μ m細(xì)化到5 μ m 時，可使脆性轉(zhuǎn)變溫度Tc下降81°C，-60°C沖擊韌性達(dá)到峰值。綜合使用性能不亞于用Ni 和Mo合金化鋼性能水平。再有就是V與N要有一個合理匹配，即V/N比要達(dá)到1. 5 3倍，即用1. 5或3倍的V才能保證把N元素形成VN化合物，否則N元素容易游離存在，使鋼表面產(chǎn)生氣泡，造成鋼的表面質(zhì)量下降，這是本發(fā)明專利的關(guān)鍵核心創(chuàng)新點，所以把V含量確定為0. 15% 0. 30%，而把N含量確定為0. 05% 0. 12%是非?？茖W(xué)與合理的，另有N是非常廉價的元
ο6)稀土元素RE含量的確定一系列研究和實踐證明，稀土元素在鋼中作用有以下幾個功能①當(dāng)鋼中加入RE使鋼的銹層致密，而且與基體的結(jié)合力變強，可以阻止大氣中& 和H2O的擴散，從而降低了腐蝕速度，提高鋼的耐大氣腐蝕性。②凈化作用，稀土具有很強的脫氧、脫硫的能力以及很強的吸氫能力。主要生成 RE2O2S化合物，稀土與氫在250 300°C可生成REH2,鋼中在300°C左右析出的H2被RE吸收，減少游離氫。③夾雜物球化變性作用，當(dāng)鋼中RE含量大于0. 02%時，稀土能有效地使細(xì)條狀的 MnS變?yōu)榧忓N形或球形稀土硫化物或硫氧化物。④稀土能抑制樹枝狀晶體發(fā)展，減少硫偏析，減輕硫?qū)αW(xué)性能和耐大氣腐蝕性能的影響。⑤固溶強化和細(xì)化晶粒的作用，由于稀土原子半徑小，所以稀土有固溶強化作用，對細(xì)化晶粒也有一定的影響。稀土在鋼中上述五大功能的實現(xiàn)，是鋼在冶煉、澆鑄過程中采取有效措施才能實現(xiàn)，否則事得其反，這是本發(fā)明專利的關(guān)鍵所在。最終鋼中稀土含量控制在0.02% 0.07%為宜，RE合量< 0.02%起不到良好作用，當(dāng)RE含量> 0. 07%時，鋼中稀土夾雜物大量增加，使鋼的純凈度降低，鋼的各種性能顯著下降，這是本發(fā)明最重要創(chuàng)新點之一。本發(fā)明一種用于大型風(fēng)電裝置的合金鋼工件的制造工藝的具體實施例包括實施例1 1、生產(chǎn)工藝流程如下鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一爐外精煉一澆鑄坯料(15T 30T) —噴砂清理一加熱一鍛造一自然冷卻一熱處理一機械加工一探傷一檢驗一包裝入庫。2、制備步驟第一步驟鐵水預(yù)處理按鐵水重量百分比，加入 1.5%白灰(CaO)，目的為了進(jìn)一步除去鐵水中 [P]、[S]、[Si]，達(dá)到煉鋼用鐵水成分要求后，倒入轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行冶煉。第二步驟轉(zhuǎn)爐煉鋼LD轉(zhuǎn)爐采用氧槍吹氧冶煉，依據(jù)鋼水溫度和成分配比可以加入廢鋼調(diào)整鋼水溫度和成分配比，同時要加入造渣劑(氧化鈣、螢石等)，轉(zhuǎn)爐冶煉主要目的是去碳，當(dāng)堿度(Cao/Sio2比)達(dá)到2. 0 2. 5時，可扒渣去[P]、[S]雜質(zhì)，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1650 1670°C，碳含量達(dá)到0. 25% 0. 60%時，鋼水轉(zhuǎn)入VAD或AOD爐進(jìn)行精煉。第三步驟爐外精煉VAD或AOD精煉爐也是采用氧槍吹氧氣冶煉，氧化期目的是進(jìn)一步去碳，同時加入鉬鐵合金進(jìn)行合金化。當(dāng)碳含量達(dá)到要求時，(0. 3%左右)鋼水溫度達(dá)到1670°C 1690°C 時，可進(jìn)入還原期冶煉，先噴吹CaSi、CaC2, Al粉等造還原氣氛，然后先加入硅錳鐵合金、 鉻鐵合金、釩鐵合金，最后加入稀土合金，同時向鋼中吹氮氣增加氮含量，稀土合金加入量視鋼中硫含量而定，即控制稀土元素/硫元素之比為2 3，使最終鋼的稀土元素含量為 0. 02% 0. 07%，同時控制釩/氮之比為3 4 ；當(dāng)鋼中各種化學(xué)成分達(dá)到規(guī)定值時，鋼水溫度為1590°C 1610°C時可以出精煉爐入鋼水包內(nèi)。第四步驟澆鑄澆鑄采用下鑄方式，每次可澆2 4支錠，鋼水從鋼水包中澆鑄到中心鑄管；作主軸用模為扁形鋼錠模，是上大下小(錐度為0. 5%左右)，上口邊長1600mm 1800m，厚度為 750mm 950mm，高度為 2100mm 2500mm ；單重為 13T 33T。第五步驟加熱冷錠加熱制度，爐溫應(yīng)小于300°C，自由升溫1. 5小時后，以每小時40°C 60°C升溫至950°C保溫2小時，然后再以每小時120°C 140°C，升溫至1360°C，保溫2小時后降到 1350°C再保溫1小時后，出爐開始鍛造。第六步驟鍛造根據(jù)鍛件大小分別在4500T (噸)或2000T噸液壓機鐓粗或拔長，操作要點是始鍛溫度為1200 1250°C，鍛造比最少為4 6倍，終鍛溫度為800°C 850°C。鍛造目的是把鋼錠柱狀晶打碎，使鋼晶粒度細(xì)化，鍛坯尺寸達(dá)到成品毛坯規(guī)定幾何形狀。毛坯余留加工尺寸一般為15mm左右。第七步驟自然冷卻冷合金鋼在鍛后的冷卻過程中容易出現(xiàn)白點，尤其是大截面工件鍛后冷卻不當(dāng)也會出現(xiàn)白點。鍛軋工件在冷卻過程中，氫在鋼中的溶解度不斷減少，氫原子來不及擴散逸出， 將聚集在鋼的顯微空隙和晶界處，結(jié)合成氫分子，造成很大的壓力，加上鋼中其他內(nèi)應(yīng)力， 超過該處的斷裂強度，就產(chǎn)生細(xì)小裂紋。該裂紋表現(xiàn)在縱向斷口上呈橢圓形銀白色斑點，所以稱為白點。為了消除白點，首先應(yīng)從煉鋼原料及澆鑄系統(tǒng)設(shè)計上減少氫的來源，其次通過熱處理可防止白點產(chǎn)生。對于尺寸較小的鍛件，只要鍛后放入自然冷卻坑內(nèi)，自然冷卻溫度低于40°C出坑即可，對于尺寸較大的鍛件，其去氫工藝如圖1所示。對于合金鋼過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域很穩(wěn)定，在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域穩(wěn)定小得多，所以鍛軋后過冷至180°C 260°C，使過冷奧氏體較快分解，再加熱到620 650°C等溫， 可使鋼中氫較快逸出。防止白點產(chǎn)生。等溫時間可依據(jù)工件大小來決定，一般為15 30 小時。第八步驟熱處理為了提高鋼的強度、塑韌性、特別是低溫沖擊值，一般均采用調(diào)質(zhì)熱處理，獲得晶粒度8級以上的彌散強化索氏體組織。熱處理工藝制度如下把鋼加熱到870°C 士5，保溫一段時間，然后出爐入水溶液槽中快速冷卻，達(dá)到淬火目的，即由奧氏體組織轉(zhuǎn)變馬氏體組織；為了組織穩(wěn)定性和獲得彌散強化效果，然后要進(jìn)行550°C 士5回火熱處理，從而獲得更細(xì)化的回火索氏體組織，最終達(dá)到獲得良好的綜合力學(xué)性能。第九步驟機械加工依據(jù)鍛件毛坯尺寸大小，分別在2500mm或6500mm常規(guī)或數(shù)控車床進(jìn)行成品精加工，達(dá)到成品尺寸公差要求。第十步驟探傷檢查、力學(xué)性能檢查對機械精加工鍛件進(jìn)行超聲波探傷檢查，檢查裂紋、夾雜、縮孔、氣孔、白點等缺陷；同時要檢查鍛件尺寸公差，力學(xué)性能等，符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，判定合格后包裝入庫。實施例21、生產(chǎn)工藝流程爐料一電爐一爐外精煉一連鑄(圓坯直徑600 800mm) —火焰清理一加熱一鍛造一緩冷一熱處理一機械加工一探傷一檢查一包裝入庫。2、制備步驟第一步驟爐料爐料由清潔廢鋼(含返回合金鋼)，生鐵及鉬鐵合金，造渣劑(白灰Cao)等。第二步驟電爐煉鋼將配料原料依次加入60噸容量EAF電弧爐后，通電加熱熔化爐料，化驗鋼中C、Si、 Mn、P、S、Cr、Mo等化學(xué)成分，當(dāng)碳含量達(dá)到0. 25% 0. 60%時，加入造渣劑、白灰、粘土磚塊、螢石等造渣劑；堿度為2. 5 3. 0，鋼水溫度為1690°C 1710°C，扒渣去P、S夾雜后，出鋼入鋼水包內(nèi)。第三步驟AOD精煉爐冶煉
將電爐鋼水入AOD爐后，通過氧槍吹入Ar+仏混合氣體。冶煉過程分為氧化期、還原期、精煉期。氧化期主要任務(wù)是降C，造渣進(jìn)一步去P、S雜質(zhì)，當(dāng)C含量達(dá)到0. 3% 0. 4%時， 鋼水溫度達(dá)1700°C，扒掉氧化渣。還原期，加入適量石灰+CaF2造還原渣，同時，噴入CaSi、CaC2, Al粉等，造還原氣氛，堿度為2. 5 3. 0，使Cr，Mn元素還原(回收率90 %左右)，然后扒渣脫S (脫S率為 70% )。精煉期主要任務(wù)是調(diào)整鋼中化學(xué)成分，依據(jù)化驗結(jié)果，加入硅錳鐵合金，鉻鐵合金，釩鐵合金及稀土合金等。當(dāng)鋼中化學(xué)成分達(dá)到目標(biāo)值后，鋼水溫度控制在1620°C 1630°C時，扒渣出鋼入鋼水包。第四步驟連鑄鋼水包通過長水口入中間包，經(jīng)過結(jié)晶器，操作拉坯機進(jìn)行拉坯，拉坯速度為 2. 5m 3. Om/分鐘，圓坯規(guī)格直徑為Φ 600mm Φ 800mm,定尺長為8000mm。第四步驟火焰清理對圓鋼坯表面裂紋，結(jié)疤等缺陷用火焰槍去除，然后送鍛造車間。第五步驟加熱圓鋼坯入井式爐中加熱，裝爐溫度為300°C左右，先悶鋼一小時，然后以40°C /小時升溫，爐溫達(dá)到900°C后，可以120°C /小時快速升溫，爐溫達(dá)到1360°C 士 10時保溫一小時，然后出爐鍛造。第六步驟鍛造依據(jù)鍛件大小分別在4500T或2000T液壓機鐓粗或拔長、壓扁、擴孔等操作，要點是控制開始鍛造溫度為1200°C 1250°C，鍛造比最少為5 6倍，終鍛溫度為800°C 850°C，鋼的實際晶粒度為8級左右，毛坯達(dá)到規(guī)定幾何形狀，留有加工余量為15mm左右。步驟七、八、九、十同實施例1，在此不作詳述。實施例31、生產(chǎn)工藝過程配料一電爐(EAF) —爐外精煉(VAD) —連鑄(圓坯直徑Φ 600mm Φ 800mm)一火焰清理一加熱一鍛造一緩冷一熱處理一機械加工一探傷一檢查一包裝入庫2、制備步驟步驟一、二、三同實施例2，在此不作詳述。步驟四連鑄采取如下新的技術(shù)措施1)保護(hù)澆鑄，為了減少鋼水二次氧化和外來夾雜帶入鋼中，提高鋼的純凈度；采用中間包鋼水覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣，鋼包與中間包之間采用長水口連接，中間包鋼水通過浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器，水口均采用氬氣保護(hù)及纖維密封圈密封。2)實施動態(tài)輕壓下，在連鑄時對鋼坯進(jìn)行動態(tài)輕壓下，可以消除或減少鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，起到改善中心偏析和減少中心疏松的作用。幻采用電磁攪拌在連鑄時，對鋼水進(jìn)行電磁攪拌，可以改善鋼水凝固時柱狀結(jié)晶生長方向以及促進(jìn)柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變，從而使鋼的組織更加細(xì)化均勻，達(dá)到減少鋼的偏析目的。4) 二次冷卻連鑄時采用合理的二次冷卻，可以防止和減輕連鑄坯內(nèi)部裂紋，表面裂紋，中心偏析和疏松等缺陷；二次冷卻強度為，冷卻水量一般為1.5 2. OL/kg，二冷段分區(qū)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。步驟五、六、七、八、九、十同實施例1，在此不作詳述。實施例41、生產(chǎn)工藝過程配料一電爐(EAF)—爐外精煉(AOD)—連鑄(圓坯直徑Φ 600mm Φ 800mm)—火焰清理一加熱一鍛造一緩冷一熱處理一機械加工一探傷一檢查一包裝入庫。2、制備步驟步驟一、二、三同實施例1 ；步驟四同實施例3，步驟五、六、七、九、十同實施例1，在此不作詳述。步驟八熱處理采用科學(xué)的合理的熱處理工藝，對鋼的強韌化是非常重要手段之一。對大型鍛件采用二次熱處理方法是本發(fā)明創(chuàng)新工藝關(guān)鍵點。即鍛件毛坯進(jìn)入熱處理爐加熱到 8200C 士5，保溫2小時后，出爐空冷或吹風(fēng)冷卻至300°C以下；再入爐加熱到880°C 士 10，保溫2小時出爐淬火，在水溶液槽中快速冷卻，要求水溶液溫度為50°C 80°C水溶液是循環(huán)的，鍛件冷卻到200°C以下，再進(jìn)入回火爐中加熱到580°C 士 20，保溫8 10小時，然后隨爐緩慢冷卻至150°C以下出爐，工藝曲線如下列說明書附圖圖2正火處理，圖3淬火處理，圖 4回火處理。正火熱處理目的a消除鍛造后鍛件內(nèi)外部應(yīng)力；b改善鋼的內(nèi)部組織，促使晶粒細(xì)化、均勻化。淬火熱處理目的淬火的主要目的，把奧氏化鍛件淬火成馬化體，使鋼的強度和硬度大大提高。回火熱處理目的a回火是將淬火后的鋼在Acl溫度以下加熱，使之轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的回火組織的工藝過程；習(xí)慣上把淬火加在500°C 650°C之間進(jìn)行高溫回火的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。b消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力c回火時要有足夠的保溫時間，根據(jù)工件大小一般為5 6小時，目的是促使產(chǎn)生細(xì)小的VN化合物完全析出在鐵素體相界上，從而使鋼產(chǎn)生沉淀強化效果，這是合金鋼中最重要的強化方式之一。高溫回火一般為回火體索氏體組織，不僅強度高，而且鋼的塑韌性也
非常高?，F(xiàn)有鋼的牌號42CrMoA與本發(fā)明合金鋼35CrMnMoVNREA，實際化學(xué)成分，力學(xué)性能對比見如下表7、表8。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電法蘭合金鋼，其特征在于，所述的合金鋼含有下列化學(xué)成分0. 25 0. 60wt % 的碳、0. 15 0. 18wt % 的硅、0. 15 1. 20wt % 的錳、彡 0. 015wt % 的磷、 彡 0. 012wt % 的硫、0. 80 1. OOwt % 的鉻、0. 30 0. 50wt % 鉬、0. 15 0. 30wt % 的釩、 彡0. 25wt%的鎳、彡0. 15wt%的銅、0. 05 0. 12wt%的氮、彡15ppm的氧、彡1. 5ppm的氫和0. 15 0. 05wt%的稀土，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電法蘭合金鋼，其特征在于，所述的合金鋼內(nèi)包含有 (0. 15wt%的鈮和/或鈦。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)電法蘭合金鋼，其特征在于，在所述化學(xué)成分中釩/氮的質(zhì)量比為1. 5 3 ；或釩+鈮/氮質(zhì)量比為3 4. 5。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)電法蘭合金鋼，其特征在于，在所述化學(xué)成分中稀土/硫的質(zhì)量比為1 2. 5。
5.一種風(fēng)電法蘭合金鋼工件的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括如下工藝步驟51、將鐵水預(yù)處理后用轉(zhuǎn)爐煉鋼，或?qū)U鋼用電爐煉鋼；52、將Sl步驟得到的鋼水用精煉爐進(jìn)一步精煉成權(quán)1至4任意一項所述的合金鋼；53、將S2步驟得到的合金鋼連鑄成Φ300 Φ 600mm坯料；54、將冷卻后的坯料采用噴砂工藝進(jìn)行清理；55、再將清理后的坯料加熱、鍛造；56、將鍛造后的坯料自然冷卻至環(huán)境溫度；57、將自然冷卻后的鍛件再進(jìn)行熱處理；58、將熱處理后的鍛件通過機加工，制成風(fēng)電法蘭工件；59、對機加工后的工件進(jìn)行探傷、檢驗；S10、將探傷、檢驗后的工件包裝入庫。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電法蘭合金鋼工件的制造工藝，其特征在于，在所述S2步驟中當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1680°C 1690°C時，進(jìn)入還原期冶煉，先向鋼水內(nèi)噴吹硅鈣合金粉或電石粉，然后先加入硅錳鐵合金、鉻鐵合金、釩鐵合金和稀土合金，同時向鋼水中吹氮氣，再加入稀土合金應(yīng)控制在稀土與硫之比為1 2. 5 ；釩與氮之比控制在1. 5 3。
7.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電法蘭合金鋼工件的制造工藝，其特征在于，在所述S3工藝中需采用如下技術(shù)措施1)保護(hù)澆鑄，為了減少鋼水被二次氧化和外來雜質(zhì)夾雜帶入鋼水中，采用中間包鋼水覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣，鋼包與中間包之間采用長水口連接，中間包鋼水通過浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器，水口均采用氦氣保護(hù)以及石棉密封圈密封；鋼錠澆鑄過程也采用氦氣保護(hù)；2)實施動態(tài)壓實，在連鑄時對鋼坯進(jìn)行動態(tài)壓實；3)采用機械攪拌，在連鑄時，用攪拌器對鋼水進(jìn)行機械攪拌；4)兩次冷卻，連鑄時采用三次冷卻，三次冷卻強度為，冷卻水量一般為0.5 1. OL/kg, 可分區(qū)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電法蘭合金鋼工件的制造工藝，其特征在于，在所述S6自然冷處理步驟中還需對工件進(jìn)行去氫氣的處理，對于尺寸較小的鍛件去氫氣處理，只要鍛后放入自然冷卻坑內(nèi)，自然冷卻至40°C以下出坑即可；對于大鍛件去氫氣的處理工藝為將終鍛后的工件快速冷卻至180 260°C，保溫2. 5 4小時，使過冷奧氏體快速分解，再加熱到620 650°C保溫，使鋼中氫氣快速逸出，保溫時間可依據(jù)工件大小而定，一般為15 30 小時。
9.如權(quán)利要求5所述的用風(fēng)電法蘭合金鋼工件的制造工藝，其特征在于，在所述S7步驟中采用二步熱處理法進(jìn)行，先正火熱處理鍛件，然后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理；將鍛件毛坯先進(jìn)入熱處理爐加熱到870°C 士5，保溫2. 5小時后，出爐空冷或吹風(fēng)加速冷卻，冷卻至150 2000C，再入爐加熱到890°C 士5，保溫2. 5小時出爐，在水溶液槽中淬火，將水溶液溫度控制在30°C 40 V之間，鍛件冷卻到150°C以下，再進(jìn)入回火爐中加熱到550°C 士 10，保溫8 10小時，然后隨爐冷卻至100°C以下出爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)電法蘭合金鋼及工件的制造工藝，該合金鋼含有下列化學(xué)成分碳、硅、的錳、磷、硫、鉻、鉬、釩、鎳、銅、氮、氧、氫和稀土，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)；其工件的制造工藝為鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、澆鑄鋼錠、火焰清理、加熱、鍛造、緩冷、熱處理、機械加工、探傷、檢驗、包裝入庫。該合金鋼與目前國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電所用的合金鋼相比，抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率均有所提高、特別是低溫沖擊韌性顯著提高。耐大氣及耐海洋大氣腐蝕率提高兩個等級。
文檔編號C22C33/04GK102433503SQ201110420808
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉俠, 劉勇飚, 劉芳, 胡協(xié)興, 陸忠益, 陳燕娟 申請人:江陰同慶機械制造有限公司