[发明专利]一种用于风电设备的轴承钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于黑色金属材料制备加工技术领域，涉及冶金行业轴承钢及其制备方法，具体涉及一种用于风电设备的轴承钢及其制备方法。 

背景技术

风电产业前景十分广阔，风电设备是影响我国风电产业发展的主要制约因素，而风电轴承等核心零部件则是风电设备制备的瓶颈。风电轴承属于风电设备的核心零部件。由于风电设备的恶劣工况和长寿命高可靠性的使用要求，使得风电轴承具有较高的技术复杂度，是公认的国产化难度最大的两部分---轴承和控制系统之一。 

风电轴承钢般尺寸规格较大(直径≥120mm)，要求钢材具有均匀的组织。高碳铬轴承钢中碳化物不均匀性主要表现为：碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。 

网状碳化物是过共析钢中沿奥氏体晶粒边界析出呈网络状分布的过剩二次碳化物。网状碳化物的存在，削弱了金属基体的结合力，使材料的机械性能显著降低(特别是疲劳寿命下降)，使冲击韧性下降，脆性增加。网状碳化物还增大钢的充分不均匀性，在网状碳化物及其附近，碳和合金元素富集，而离网较远处则贫乏。网状碳化物级别的高低将直接影响风电轴承钢的质量。 

GB/T18254规定供切削加工和冷加工用球化退火钢材需要考核网状碳化物；直径不大于60mm的球化退火材，网状碳化物级别级；直径60～120mm的球化退火材网状碳化物 3级；而直径大于120mm的球化退火材和热轧材，网状碳化物没有明确规定。随着新技术的 发展，热加工用的轴承钢材料越来越多的使用感应加热技术。即轴承钢材料通入中频或高频交流电后，在其表面形成同频率的感应电流，将零件表面迅速加热(几秒钟内即可升温800～1000℃)。然而迅速的温升造成材料的心部与表面的温差很大，而加工成的轴承零件对原始的轴承钢网状碳化物组织有很大的遗传性。因此，控制大尺寸轴承钢网状碳化物的重要性越来越突出。 

近年来，为改善或消除网状碳化物，开发出多种工艺方法，国内外，风电轴承钢较少，主要有以下钢种：表1 

表1风电轴承钢主要钢种 

中国专利号为CN201010549735.1，开发了一种风电轴承钢，其采用降低碳含量的方法解决碳化物网状的问题，即控制C：0.40～0.48％，添加0.20～0.30％的Mo和0.50～1.20％的Ni。网状问题得到了很好的解决，但是由于碳含量降低通过合金化来弥补强度和耐磨性的作用有限，往往不能从根本解决碳化物网状的问题。 

有研究表明通过控制轧制工艺能改善碳化物网状，即：对加工过程进行温度控制和冷却控制、高温终轧和快速冷却工艺。研究表明：这种技术在应用于线材和小断面棒材生产，在抑制网状碳化物的析出方面取得了令人满意的效果。然而，对于大截面的轴承钢棒材，由于冷速过小，则心部将得不到破网和细化晶粒的作用；冷速过大，表面又容易形成马氏体，导致表面裂纹，大截面轴承钢的控轧控冷有其局限性。 

正火处理是另一种改善或消除网状碳化物的方法，即将钢材加热到Acm以上适当保温，使碳化物全部溶于奥氏体中，而以较快的速度冷却下来(如雾冷或水冷)。然而这种工艺方法相当于增加一道热处理工序不利于节能环保，采用雾冷和水冷还会受到设备能力的限制，实际的冷却速度也较难控制，特别是对于直径大于120mm的大断面轴承钢材料来说，几乎没有效果。 

专利号CN200810227811.X涉及一种双缓冷工艺生产高碳铬轴承钢的方法，即通过轧后快移冷床，使冷剪剪切温度在400～500℃之间，然后将轧材再次放入缓冷罩中，缓冷24～48小时。该专利适用于轧制规格较小，方便剪切，如果规格大、冷速慢则难以控制碳化物网状。 

专利号CN200910062664.X涉及一种降低轴承钢盘条碳化物网状级别的方法。该专利主要应用于线径小于25mm的线材，对大断面轴承钢棒材不适用。 

专利号CN200910062664.X涉及一种轴承零件锻后智能控冷技术工艺及装备，即90℃以上的沸水为冷却介质，通过喷淋和浸泡的快速冷却抑制网状碳化物生成和细化组织并不会产生裂纹，每个工件进行温度测量，保证锻件结束快冷时温度在680℃以下。该专利是一种轴承零件的控制碳化物网状的方法，而对于大断面轴承钢棒材，难以满足喷淋、浸泡的设备条件。