一種高性能風力發電電機軸用鋼錠冶煉工藝制造技術

本發明專利技術涉及冶金領域，公開了一種高性能風力發電機鋼錠制備工藝。采用電弧爐脫磷、LF精煉脫硫工藝，分兩步脫磷、脫硫，與現有技術相比，得到的合金鋼純度高，硫、磷含量均低于0.003%，比現有技術降低十倍，提高了材料的韌性及強度等力學性能。同時減少非金屬夾雜物含量，提高產品探傷檢測水平，在保證使用性能的前提下減少能耗，降低了成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及冶金領域，具體為一種高性能風力發電機鋼錠制備工藝。
技術介紹
在包“十二五”期間，風力發電成為我國優先發展的清潔能源，風電發電設備建設進展較快，風電的核心部件及關鍵材料的國產化也受到普遍的重視。這種材料在實際應用狀態下要承受高動態應力、高的疲勞周期載荷作用，要求具有優良力學性能。合金鋼材力學性能優劣主要取決于其純凈度，其中非金屬夾雜物的形態和尺寸、參與元素含量等作為純凈度關鍵指標成為行業技術關注重點。傳統脫氧方法采用鋁脫氧、高堿度渣真空冶煉技術，鋼中夾雜物以氧化物、硫化物、硅酸鹽夾雜物、點狀不變形夾雜物形態存在，以脆性夾雜物A1203為主。高動態應力的鋼，在使用中脆性夾雜物會產生有害的張力場，從而導致疲勞裂紋的產生和擴展，使鋼的使用疲勞壽命降低。一般風電發電機機軸采用德國進口 17NiCrMo6材料制成，這是一種具有相當強韌性的材料，可以滿足風力發電機高速運轉及工作經常變載的要求。但目前市場上這種材料的成本較高，且因為鋼錠尺寸較大，若澆注溫度和速度控制不當會造成嚴重的疏松或產生二次縮孔，導致材料質量不穩定，一般較難通過嚴格探傷測試；另外，為確保滿足惡劣的使用條件，要求耐受低溫一40°C海水侵蝕，及達到機械性能規范，冶煉的難點主要是如何把硫、磷含量控制在0.003%的高水平成分范圍內。在鋼鐵合金冶煉過程中，在煉鋼階段將原料熔化為鋼水，然后；在氧化期過程中，需加入氧化劑(如吹入氧氣、或加入鐵礦石即氧化鐵FeO)以氧化其中的碳、及去除有害的磷等雜質和氣體。在通常情況下，需要加入過量的氧化劑，以達到脫碳、脫磷、除去有害雜質和氣體(如氫和氮)的目的，因此會形成氧化夾雜物(以FeO為主)。氧化夾雜物對鋼質有害，造成所得到的鋼鐵容易發生熱脆等。通`常需要再加入脫氧劑進行脫氧處理，即鋼鐵冶煉中的還原期。脫氧劑的種類有很多，常用的有硅鐵、錳鐵、硅錳合金、鋁等，以及用作脫氧劑和合金化材料的有鈮鐵、釩鐵、鈦鐵等。在電弧爐及鋼包精煉爐(LF爐)中進行的脫氧處理工藝主要有沉淀脫氧和擴散脫氧。沉淀脫氧:向鋼水中直接加入脫氧的合金材料，使之形成氧化物；該氧化物上浮進入鋼渣。這種方法脫氧速度快，但是產生的夾雜物較多，且夾雜物混合在鋼水中不易上浮于渣中，因此較難去除。一般在沉淀脫氧前會在鋼水中加入少量螢石(CaF2，用量一般為鋼水量的1%)、石灰(即氧化鈣，用量一般為鋼水量的2%)等造渣材料制造漂浮在鋼水表面的渣中，用于吸附鋼水中的夾雜物。擴散脫氧:在鋼渣中氧化鐵的含量較高，可向鋼渣中加入碳粉、硅粉、硅鈣粉、鋁粉等還原劑，用于還原鋼洛，使鋼渣中的FeO含量降低，有利于鋼水中的氧擴散到鋼渣中。沉淀脫氧過程中，常用的脫氧劑材料有錳鐵、硅鐵、硅錳鐵和鋁，這幾種材料的價格較低。一般情況下，脫氧劑折合為硅、錳和鋁元素，與鋼水的用量比為0.17% 0.37%、0.3% 0.6%和0.05% 0.10%。現有的工藝中，脫氧劑錳鐵、硅鐵、硅錳鐵和鋁分別加入鋼水中進行反應；根據對氧親和力的強弱，加入順序為錳鐵、硅鐵、硅錳鐵和鋁，由于錳與氧的親和力弱，需要反應較長的時間，因此最先加入；鋁較為活潑，反應時間較短。由于鋼水的溫度一般在1600°C左右，在冶煉過程中分別單獨加入上述脫氧劑，就不能形成低熔點、比重輕的液態大顆粒(A1203、SiO2和MnO的熔點分別為2050°C、1713°C和1785°C，高于鋼水溫度)，這些脫氧產物在鋼水中以固體狀存在，混合在鋼水中，難以上浮以脫離鋼水進入鋼渣。因此，需要對現有工藝加以改進，使脫氧劑能夠形成比重輕、熔點低、顆粒大的脫氧產物，以便脫離鋼液上浮于鋼渣中，從而使鋼液得到凈化。由于沒有找到良好的脫氧劑材料，其脫氧均采用常規的脫氧劑，如錳鐵、硅鐵、鋁分別單獨進行脫氧。這樣無法使鋼液獲得進一步凈化，因而難以達到和滿足客戶對特殊重要產品技術質量的要求。采用現有常規脫氧劑均難全部達到和滿足其要求。因此，需要克服上述難題，從而確保國家各重點工程項目對產品的高倍夾雜和探傷高水準的要求。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種高性能風力發電電機軸用鋼錠冶煉工藝。技術方案為，高性能風力發電電機軸用鋼錠冶煉工藝，包括如下步驟:(I)電弧爐底加入小碎礦或氧化鐵皮，并加入石灰，再加入低硫磷潔凈廢鋼，通電熔化；并加入Mo和Ni，同 時增加配碳量，使鋼水的含碳量達到0.6% 2.0% ；Mo和Ni可以在通電熔化前、通電熔化過程中或形成鋼水后加入；所述的小碎礦為含50wt% 70wt%三氧化二鐵的鐵礦石；優選的，所述低硫磷潔凈鋼的碳含量< 0.2%，硫和磷的含量< 0.03% ;在電弧爐爐底添加的氧化鐵及生石灰與低硫磷潔凈鋼用量比為20 30公斤/噸和30 40公斤/噸；(2)形成鋼水后，吹氧氣并向鋼水中分3 6次繼續加入小碎礦或氧化鐵皮，并加入石灰，同時換渣，在1530 1560°C下冶煉氧化進行脫碳脫磷；氧化鐵皮或小碎礦的用量與鋼水比例為10 20公斤/噸，石灰用量為15 25公斤/噸；(3)脫磷和脫碳后的鋼水溫度升至1700 1750°C倒入鋼包精煉爐內，造渣形成稀薄渣后，加入復合脫氧劑進行預脫氧，復合脫氧劑與鋼水用量比為4 5公斤/噸；所述復合脫氧劑為含有娃、猛、招的合金，其中猛的含量為16 20%,娃的含量為8 10%,招的含量為8 10%,均為重量百分比；優選的，用石灰和螢石造洛，與鋼水的用量比為10 15公斤/噸和5 8公斤/噸；(4)向鋼水中加入Cr和Mn，并在鋼渣表面加入粉狀脫氧劑，在1600 1650°C下精煉I 1.5小時，同時利用LF爐底吹惰性氣體攪拌；所述脫氧劑為AD粉，以及碳粉、硅鈣粉或電石中的任意一種或幾種；AD粉與鋼水的用量比為4 6公斤/噸，碳粉、硅鈣粉或電石的總量與鋼水的用量比為2 4公斤/噸；(5)向鋼水中補充Si，繼續冶煉5 10分鐘;鋼水中，Mn、S1、Cr、Mo、Ni和C的重量百分比含量分別為:Mn0.60% 0.90%, Si0.05% 0.38%, Cr0.80% 1.1%，Mo0.15% 0.25%, Nil.25% 1.5% ；C0.14% 0.20% ；(6)真空脫氣處理，出爐澆注。真空脫氣的方法為:迅速將鋼水溫度升至1680°C以上，然后將鋼包移至脫氣工位，在真空度為4 67pa的狀態下處理20 30分鐘；所述的澆注工藝條件為:澆注溫度1510 1538°C;澆注速度為:錠身澆注速度1.1 1.4噸/分鐘，冒口澆注的時間為錠身澆注時間的2/3 I倍；在澆注前用惰性氣體置換模內的空氣，并在澆注過程中用惰性氣體保護。通過本工藝所得產品化學成分及含量(重量百分比):C0.14% 0.20%, Mn0.60% 0.90%, Si0.05% 0.38%, Cr0.80% 1.1%，Μο0.15% 0.25%, Ni 1.25% 1.5% ；P ^ 0.003%,S ≤ 0.003%, Cu ( 0.3%步驟(3)的復合脫氧劑，優選的，其中錳、硅和鋁的重量比為1.9 2.05:0.95 1.05 碳含量< 0.5wt%,硫和磷含量分別< 0.05wt% ;更優選的,所述復合脫氧劑中，猛的含量為18%，硅的含量為9%，鋁的含量為9%。上述復合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高性能風力發電電機軸用鋼錠冶煉工藝，其特征在于，包括如下步驟：（1）在電弧爐底加入小碎礦或氧化鐵皮，并加入石灰，再加入低硫磷潔凈廢鋼，通電熔化；并加入Mo和Ni，同時增加配碳量，使鋼水的含碳量達到0.6%～2.0%；所述的小碎礦為含50wt%～70wt%三氧化二鐵的鐵礦石；（2）形成鋼水后，吹氧氣并向鋼水中分3～6次繼續加入小碎礦或氧化鐵皮，并加入石灰，同時換渣，在1530～1560℃下冶煉氧化進行脫碳脫磷；（3）脫磷和脫碳后的鋼水溫度升至1700～1750℃倒入鋼包精煉爐內，造渣形成稀薄渣后，加入復合脫氧劑進行預脫氧，復合脫氧劑與鋼水用量比為4～5公斤/噸；（4）向鋼水中加入Cr和Mn，并在鋼渣表面加入脫氧劑，在1600～1650℃下精煉1～1.5小時，同時利用LF爐底吹惰性氣體攪拌；（5）向鋼水中加入Si，繼續冶煉5～10分鐘；調整后的鋼水中，Mn、Si、Cr、Mo和Ni的重量百分比含量分別為：Mn0.60%～0.90%，Si0.05%～0.38%，Cr0.80%～1.1%，Mo0.15%～0.25%，Ni1.25%～1.5%；（6）真空脫氣處理，吊包澆注；步驟（3）所述復合脫氧劑為含有硅、錳、鋁的合金，其中錳的含量為16～20%，硅的含量為8～10%，鋁的含量為8～10%，均為 重量百分比；其中硫和磷的重量百分比量均不超過0.05%。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：金雪榮，
申請(專利權)人：浙江大江合金鋼鋼管有限公司，
類型：發明
國別省市：