本发明涉及轴承钢，具体涉及一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺。
背景技术：
1、目前，风电主轴上所安装使用的轴承材料常见的为gcr15轴承钢。虽然该gcr15轴承钢的硬度较高、弹性模量较好，但是经实际使用和测试发现，风电主轴在运转时因轴承自身摩擦系数较大的原因，存在一定的能量损失，由此在一定程度上降低了风力发电机的发电效率。
2、为满足风电项目高效节能要求，有必要研发出一种用于降低风力发电机工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提出一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺，旨在降低轴承自身摩擦系数，提高风力发电设备的效率。具体的技术方案如下：
2、一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢，所述改型轴承钢的化学成分按照质量百分比计为：0.6～0.8％的c、≤0.05％的si、≤0.03％的mn、≤0.005％的p、≤0.005％的s、1.2～1.4％的cr、0.6～1.0％的ni、1.5～2.5％的mo、0.1～0.3％的nb、0.15～0.45％的v、≤0.08％的cu，其余为fe和其它不可避免的有害元素，且有害元素含量≤0.02％。
3、一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，包括如下步骤：
4、(1)电弧炉粗炼钢水：钢料经配料后，采用电弧炉粗炼钢水；
5、(2)炉外精炼钢水：采用钢包精炼炉，将电弧炉粗炼后的钢水兑入钢包精炼炉内，精炼钢水；
6、(3)真空碳脱氧处理(vcd)：钢包吊入真空炉，对钢液进行真空碳脱氧处理；
7、(4)ar气保护自耗电极制作：钢液经真空碳脱氧处理后，吊包浇钢至电极模具中，经冷却、脱模后得到自耗电极；其中，所述电极模具采用ar气保护下的水冷电极模具以提高冷却速度，减小碳化物、夹杂物集聚长大，注意浇注时应进行冒口补缩控制，以避免冒口缩孔；
8、(5)ar气保护电渣重熔：将自耗电极插入到ar气保护电渣重熔炉的结晶器中进行二次精炼，在结晶器中冷却、脱模后形成轴承钢的钢锭预制坯；
9、(6)加热与锻造：将钢锭预制坯压实、拔长，然后精整成型；按轴承尺寸要求下料，碾环得到轴承钢环坯；
10、(7)锻后热处理：对轴承钢环坯进行热处理；热处理采用感应快速加热，在油基淬火液中淬火处理，淬火处理后进行深冷处理，再进行低温回火，制成gcr15改型轴承钢环坯。
11、优选的，所述步骤(1)电弧炉粗炼钢水的出钢条件为：0.55％≤c≤0.6％、si≤0.001％、p≤0.002％、s≤0.010％，温度1670℃～1690℃。
12、优选的，所述步骤(2)炉外精炼钢水时，造高铝渣，用铝、碳、钙进行脱氧，并加含硅脱氧剂，控制o≤0.005％。
13、优选的，所述步骤(3)真空碳脱氧处理时，钢包吊入真空炉位后喂铝线，对钢液进行真空碳脱氧处理，镇静后出钢；
14、优选的，所述步骤(5)ar气保护电渣重熔时，采用多元高阻值预熔渣，在高电压、低电流下进行熔炼，熔炼阶段控制自耗电极轴向进给的熔速在0.8～0.56d/min范围内先快后慢；其中，d为结晶器的内壁直径，单位mm；并控制结晶器冷却水出口温度低于35℃。
15、优选的，所述步骤(6)加热与锻造时，钢锭预制坯采用kd法压实拔长，并使用摔子精整成型。
16、作为本发明的进一步改进，所述电极模具包括水冷底盘、设置在所述水冷底盘上带有脱模斜度的模套、设置在所述模套上端孔口内壁部位的隔热层、用于盖住所述模套上端孔口的保温帽、内置于所述模套上的环形水冷腔，且所述环形水冷腔为腔体尺寸从下至上逐渐变小的梯度冷却环形水冷腔；所述模套的两侧沿轴向分别开设有矩形进水口和矩形出水口，所述矩形进水口和矩形出水口上分别连接有从矩形口到圆形口逐渐过渡的异形通水管。
17、作为本发明的进一步改进，所述结晶器为水冷式结晶器，所述水冷式结晶器上按照从上至下的位置依次相邻设置有若干数量分别独立控制的环形水冷腔。
18、优选的，所述水冷式结晶器上环形水冷腔为三段式环形水冷腔，所述三段式环形水冷腔包括按照从上至下的位置依次相邻设置的上段环形水冷腔、中段环形水冷腔和下段环形水冷腔。
19、作为本发明的更进一步改进，所述步骤(5)ar气保护电渣重熔时，所述电渣重熔炉上配套设置有电极旋转插入装置，所述电极旋转插入装置包括升降机构、安装设置在所述升降机构上由伺服减速电机驱动的旋转轴、设置在所述旋转轴下端用于安装自耗电极的电极连接盘，所述自耗电极偏心连接在所述电极连接盘上。
20、工作时，由伺服减速电机驱动旋转轴转动，同时升降机构以一定的速度带动旋转轴逐渐向下移动，进而带动电极连接盘上的自耗电极逐渐插入结晶器的渣池中。偏心设置的自耗电极在插入结晶器渣池的同时，还围绕旋转轴的中心轴线实现偏心情况下转动，以实现增加渣池扰动、均衡有害元素吸收和减少熔池中心部位与周边温差的目的。
21、本发明的有益效果是：
22、第一，本发明的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺，通过合理配料和特殊工艺控制，提高了轴承钢的机械性能，有利于轴承钢在工作状态下减少弹性压扁区，从而有效降低摩擦系数，降低轴承运行时的工作能耗。
23、第二，本发明的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺，通过合理配料和特殊工艺控制，使得夹杂物+碳化物总量控制在超纯净钢状态，由此进一步提高了gcr15改型轴承钢的性能。
24、第三，本发明的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺，电极模具采用梯度冷却结构，结晶器采用分段冷却结构，有利于更好的控制钢液的凝固速度，提高电极和钢锭的质量。
25、第四，本发明的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢及制备工艺，偏心设置的自耗电极在插入结晶器渣池的同时，还围绕旋转轴的中心轴线实现偏心情况下转动，有利于增加渣池扰动、均衡有害元素吸收和减少熔池中心部位与周边温差的目的，由此进一步提高了钢锭的质量。
1.一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢，其特征在于，所述改型轴承钢的化学成分按照质量百分比计为：0.6～0.8％的c、≤0.05％的si、≤0.03％的mn、≤0.005％的p、≤0.005％的s、1.2～1.4％的cr、0.6～1.0％的ni、1.5～2.5％的mo、0.1～0.3％的nb、0.15～0.45％的v、≤0.08％的cu，其余为fe和其它不可避免的有害元素，且有害元素含量≤0.02％。
2.根据权利要求1所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)电弧炉粗炼钢水的出钢条件为：0.55％≤c≤0.6％、si≤0.001％、p≤0.002％、s≤0.010％，温度1670℃～1690℃。
4.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)炉外精炼钢水时，造高铝渣，用铝、碳、钙进行脱氧，并加含硅脱氧剂。
5.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)真空碳脱氧处理时，钢包吊入真空炉位后喂铝线，对钢液进行真空碳脱氧处理，镇静后出钢。
6.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)ar气保护电渣重熔时，采用多元高阻值预熔渣，在高电压、低电流下进行熔炼，熔炼阶段控制自耗电极轴向进给的熔速在0.8～0.56d/min范围内先快后慢；其中，d为结晶器的内壁直径，单位mm；并控制结晶器冷却水出口温度低于35℃。
7.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤(6)加热与锻造时，钢锭预制坯采用kd法压实拔长，并使用摔子精整成型。
8.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述电极模具包括水冷底盘、设置在所述水冷底盘上带有脱模斜度的模套、设置在所述模套上端孔口内壁部位的隔热层、用于盖住所述模套上端孔口的保温帽、内置于所述模套上的环形水冷腔，且所述环形水冷腔为腔体尺寸从下至上逐渐变小的梯度冷却环形水冷腔；所述模套的两侧沿轴向分别开设有矩形进水口和矩形出水口，所述矩形进水口和矩形出水口上分别连接有从矩形口到圆形口逐渐过渡的异形通水管。
9.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述结晶器为水冷式结晶器，所述水冷式结晶器上按照从上至下的位置依次相邻设置有若干数量分别独立控制的环形水冷腔。
10.根据权利要求2所述的一种用于降低工作能耗的gcr15改型轴承钢的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)ar气保护电渣重熔时，所述电渣重熔炉上配套设置有电极旋转插入装置，所述电极旋转插入装置包括升降机构、安装设置在所述升降机构上由伺服减速电机驱动的旋转轴、设置在所述旋转轴下端用于安装自耗电极的电极连接盘，所述自耗电极偏心连接在所述电极连接盘上。
