[发明专利]一种海上、岩石用大规格高强度风电紧固件钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种海上、岩石用大规格高强度风电紧固件钢及其制造方法，属于铁基合金技术领域。产品抗拉强度1040～1170MPa，屈服强度≥940Mpa，断后延伸率≥9％，断面收缩率≥48％；圆钢四分之一直径部位‑40℃低温冲击功AKV≥27J，‑20℃低温冲击功AKV≥35J；维氏硬度：圆钢表面与芯部之差HV0.3≤30，四分之一直径部位HV10＝320～375，表面HV0.3≤375。采用连铸‑连轧‑连续式热处理短流程生产工艺，通过高压循环水淬火冷却，代替传统的油、水溶性淬火介质等淬火液，实现绿色节能及环保。

技术领域

本发明属于能源风力发电行业用钢的设计及生产制造技术领域，具体涉及一种产海上、岩石用大规格高强度风电紧固件调质银亮圆钢及其制造方法。

背景技术

当今地球上自然资源日益枯竭，发展可再生能源及提高能源的利用率已经成为世界各国无可争议的战略目标。随着风机技术的日趋成熟和风电成本的下降，世界风电装机容量高速增长，因此海上、岩石用大规格高强度风电紧固件调质银亮圆钢的需求越来越大，但因其恶劣的工作环境具有两大特点：1)极冷极热的环境温度；2)多变的载荷。为此，对风电紧固件用调质钢提出了苛刻的技术指标要求：①采用与圆钢等直径的整体拉伸试样，检验强度、断后延伸率、断面收缩率，达到的性能指标：抗拉强度1040～1170MPa，屈服强度≥940MPa，断后延伸率≥9％，断面收缩率≥48％；②在满足高强度、塑性指标的基础上，圆钢四分之一直径(二分之一半径)部位的低温冲击功AKV(-20℃)≥35J，AKV(-40℃)≥27J；③钢材淬火后芯部马氏体组织达到90％以上，随后的高温回火芯部得到90％以上索氏体；④维氏硬度：圆钢表面与芯部之差HV0.3≤30，四分之一直径部位HV10：320～375，表面HV0.3≤375。若达到上述指标要求，钢材应具有足够的淬透性，高的强度、塑韧性及均匀的热处理组织稳定性。

发明内容

本发明的大规格高强度海上、岩石用风电紧固件调质银亮钢，通过钢的元素成分优化，冶炼、轧制、热处理等各工艺环节控制，用于替代传统的40CrNiMo、34CrNiMo6、AISI4340高Ni钢，满足高端大规格紧固件调质处理材料芯部组织淬透、全截面超低硬度差分布及高强韧性最佳匹配等要求。

本发明的技术方案为：一种海上、岩石用大规格高强度风电紧固件钢，该钢的元素成分按质量百分比组成为：C：0.38～0.45％，Si：0.20～0.40％，Mn：0.80～1.00％，Cr：1.15～1.30％，Mo：0.30～0.45％，Ni：0.30～0.50％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Al：0.010～0.040％，H：≤0.0001％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

圆钢的生产直径范围为16～78mm。

本发明圆钢的元素成分按如下原理确定：

C的作用是提高钢的淬透性、提高钢的强度，相比其它合金，C对淬透性、强度的提高最为明显，但随着C的提高，最终紧固件在调质热处理后低温冲击韧性会显著下降。为此优选C：0.38～0.45％。

本发明中合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo的作用首先是提高钢的淬透性，合金元素对淬透性的贡献最大的是Mn、Cr，Mo、Ni，Si对淬透性也有贡献。经过多次元素成份和强度、硬度、塑性、低温冲击韧性等指标的综合试验分析，确定了Mn、Cr、Mo、Ni、Si各合金元素最佳含量配比。

Mn的作用是提高钢的淬透性，提高淬回火后钢的强度，但Mn易与钢中S亲和，形成MnS非金属夹杂物，使钢的强韧性下降，Mn含量太高还会与P、S等杂质一起在钢的晶界处偏聚，使钢的的韧性降低，本发明中优选Mn：0.80～1.00％。

Cr的作用是提高钢的淬透性，提高钢淬回火后的强度，Cr的另一个作用是与钢中的C形成碳化物，调质钢中Cr还可以改善钢的抗腐蚀性能，本发明中优选Cr：1.15～1.30％。