[发明专利]大型风电主轴用合金结构钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型风电主轴用合金结构钢。属风电技术领域。

背景技术

大型风电主轴是风电行业中最关键部件，随着风电安装地区的扩大，尤其是要安装在风能资源较丰富的高寒地带，如我国的“三北”地域，因而它对材质就提出了超低温(-40℃)冲击韧性的特殊要求。

汽轮发电机关键部件发电机主轴多选用35CrMo或42CrMo合金结构钢，这不仅由于他们强度高、韧性高、淬透性高，淬火时变形小，而且它们在高温下有较高的蠕变强度和持久强度，尤其是它能长期在500℃高温条件下工作。但风电发电机主轴不强调500℃高温条件，而是特别强调它在低温条件下的性能，尤其是要求在超低温(-40℃)条件下长期工作中冲击韧性好。

在国外，风电主轴材质多选用34CrNiMo6合金钢，它有较高的强度，较高的韧性和良好的淬造性能，但这种材料的切削加工性能不好，容易粘刀，切屑难排，尤其是钻孔时要特别小心，一旦钻头断在里面就很麻烦了。我国没有这个钢号，多推荐用40CrNiMoA替代，这个钢号比34CrNiMo6碳含量略高(见附表1)它的强度稍高一些而韧性要略小一些。但是不论是34 CrNiMo6或是40CrNiMoA，它们均与我国的国情不太合，因为它们均含有合金元素Ni，而我国Ni资源较为贫乏，国内外均把它作为战略物资，国际市场上价格很贵，我国要尽量不用或少用Ni元素。

国内也推荐用合金结构钢42CrMo来替代34 CrNiMo6，42CrMo不含Ni元素，它的化学成分与34 CrNiMo6相比碳、锰、铬略高一些(见附表1)，强度性能稍高一些，韧性性能相当(见附表3)，但是42CrMo材料在国内多不作低温性能检验，近些年来由于它用途扩大，一些项目增加了低温(-20℃)冲击韧性检验要求(见附表3)，但42CrMo在超低温(-40℃)性能上尚不能完全达到34 CrNiMo6的要求，这样就向我们提出了满足大型风电主轴超低温性能的特殊要求，对合金结构钢42CrMo进行改进已成为迫切要求！

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种既能满足大型风电主轴超低温性能要求、又能少用Ni的大型风电主轴用合金结构钢。

本发明的目的是这样实现的：一种大型风电主轴用合金结构钢，主要由以下重量百分比含量的化学成分组成：

C 0.38～0.45％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、Cr 0.90～1.20％、Ni 0.30％、Mo 0.15～0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

本发明通过对42CrMo化学成分的改进，使它能满足大型风电主轴的特殊要求。

42CrMo中的C、Mn、Cr三主要元素比34CrNiMo6略高，Si、Mo则相同，C、Mn、Cr略高使42CrMo强度较高一些，但韧性略低一些，尤其是超低温韧性达不到风电主轴要求。我们看到Ni能有效改善钢的低温冲击韧性，经分析、对比我们找到了在42CrMo稍稍加入0.30％的Ni就既满足风电主轴特殊要求，这样即经济又实惠，使它能替代34CrNiMo6合金钢。

本发明具有如下特点：

本发明所增加的合金元素Ni仅相当于34CrNiMo6和40 CrNiMoA两钢号Ni含量的19％～25％，而它的使用性能就可替代34CrNiMo6和40CrNiMoA的使用性能。它拓宽了42CrMo的使用范围。尤其是在超低温方面，提高了冲击韧性。这样以改过去单方向强调42CrMo钢号的高温使用性能。

本发明用少量的Ni元素就能替代含Ni量高的合金钢，这就会使本发明的价格比34CrNiMo6或40 CrNiMoA低许多，仅原材料钢锭一项本发明的价格就仅有34CrNiMo6的57.5％，40 CrNiMoA的61.6％。

本发明与42CrMo没有增加难度，仅仅是增加了一项Ni熔炼分析成分。

本发明相对加工性能为65％，而34CrNiMo6为50％，所以它的加工性能比34CrNiMo6要好。

综上，本发明通过在42CrMo合金结构钢中增加改善钢的低温冲击性能的Ni合金元素0.30％，从而使其在不改变42CrMo合金结构钢力学性能的前提下，满足了风电主轴超低温(-40℃)性能的特殊要求。

具体实施方式