本发明属于合金钢及冶金，具体涉及一种高强韧性风电轴承钢及制法、用途和一种风电轴承。
背景技术：
1、近年来，随着全社会对可再生能源发展的高度重视，风电产业迅速崛起，成为能源体系中的重要组成部分。风电的大规模开发利用，不仅有效缓解了能源供应紧张的局面，还促进了能源结构的优化升级。
2、风电轴承钢，作为风力发电装备中的核心材料，其性能直接关系到整个风电设备的安全运行与长期稳定性。面对恶劣的自然条件，如极端的风速变化、强烈的温差波动、高盐度的海洋环境以及持续的机械应力作用，风电轴承钢必须具备高强韧的力学性能，确保风电机组在高转速、重载荷下长期稳定运行。
3、在风力发电过程中，高速旋转以及大扭矩传递是风电轴承面临的一大挑战。叶片旋转产生的巨大扭矩和轴向力通过主轴传递给轴承，而轴承则依靠其内部的钢制滚道和滚动体来承受这些载荷。这就要求风电轴承钢必须具备极高的抗拉强度和屈服强度，以确保在极端工况下不发生断裂或塑性变形。高强度的风电轴承钢能够有效抵抗重载和冲击，保证风电设备在恶劣天气条件下的稳定运行。另一方面，在风电设备的实际运行中，由于风速的不可预测性和突然变化，轴承可能会遭受瞬时的过载或冲击，这就对风电轴承钢的韧性提出了更高的要求，否则就可能在这些突发情况下发生脆性断裂，导致整个风电设备的失效甚至损坏。在此背景下，随着风电兆瓦等级的不断提高，对于风电齿轮及轴承的强韧性要求也在不断提高。
4、因此，本领域技术人员亟需开发一种高强韧高风电轴承钢，以解决上述问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明旨在提供一种高强韧性风电轴承钢及制法、用途和一种风电轴承。
2、本发明的技术方案如下：
3、第一方面，本发明提供一种高强韧性风电轴承钢，所述高强韧性风电轴承钢的元素组成按质量百分比计为：c：0.13%~0.19%、si：0.36%~0.45%、mn：0.43%~0.87%、cu：1.88%~3.96%、cr：1.30%~1.90%、ni：1.70%~2.43%、mo：0.24%~0.33%、v：0.08%~0.17%、ti：1.13%~2.15%、n：0.003%~0.007%、al：≤0.015%、p：≤0.005%、s：≤0.005%，余量为fe及不可避免的杂质；所述高强韧性风电轴承钢的显微组织基体中存在富cu一级析出相和cuti二级析出相，所述富cu一级析出相与基体之间的相界面为完全共格界面，所述富cu一级析出相的cu原子比含量≥80%；所述cuti二级析出相的cuti原子比含量≥95%。
4、优选地，所述高强韧性风电轴承钢富cu一级析出相的cu原子比含量为80.1%~80.4%，所述高强韧性风电轴承钢cuti二级析出相的cuti原子比含量为97.6%~98.2%。
5、优选地，所述高强韧性风电轴承的元素组成按质量百分比计为：c：0.19%；si：0.36%；mn：0.87%；cu：3.96%；cr：1.90%；ni：2.430%；mo：0.33%；v：0.17%；ti：1.13%；n：0.007%；al：≤0.015%；p：≤0.005%；s：≤0.005%；余量为fe及不可避免的杂质。
6、优选地，所述高强韧性风电轴承的元素组成按质量百分比计为：c：0.13%；si：0.45%；mn：0.43%；cu：1.88%；cr：1.30%；ni：1.70%；mo：0.24%；v：0.08%；ti：2.15%；n：0.003%；al：≤0.015%；p：≤0.005%；s：≤0.005%；余量为fe及不可避免的杂质。
7、优选地，所述高强韧性风电轴承的元素组成按质量百分比计为：c：0.15%；si：0.41%；mn：0.66%；cu：2.53%；cr：1.6%；ni：2.01%；mo：0.28%；v：0.11%；ti：1.95%；n：0.005%；al：≤0.015%；p：≤0.005%；s：≤0.005%；余量为fe及不可避免的杂质。
8、第二方面，本发明提供一种前述高强韧性风电轴承钢的制法，包括以下步骤：
9、s1钢水冶炼：冶炼炉升温将原料冶炼成铁水，铁水c含量达标后吹氧并加入生石灰进行造渣出钢，得冶炼钢水；
10、s2 炉外精炼：包括lf精炼和vd精炼：
11、s21 lf精炼:冶炼钢水转入lf精炼炉，升温，加入钛铁、铜铁、铬铁中间合金，吹入氩气搅拌，喂入铝线脱氧造渣，得精炼钢水，精炼时间按15min/吨~20min/吨计；
12、s22 vd精炼：将精炼钢水转至vd真空炉，升温，抽真空至45pa~55pa进行脱气处理，底吹氮气破真空，搅拌增氮，喂入钙线，得铸造钢水，精炼时间10min/吨~15min/吨计；
13、s3 连铸连轧：铸造钢水连续铸造得铸造圆坯，采用电磁超声搅拌浇铸进行结晶，电磁超声工艺为：超声振幅11μm~15μm、频率40khz~50khz范围内进行正弦-余弦交替4次；电磁搅拌振幅±4mm，频率150hz~180hz，电磁搅拌电流260a~270a；随后三段轧制处理：一段轧制起始温度为1000℃~1050℃，压下率为17%~19%，二段轧制起始温度为950℃~980℃，压下率为11%~14%，三段轧制起始温度为920℃~940℃，压下率为5%~8%，得轧制圆钢；
14、s4 性能热处理：轧制圆钢进行分级性能热处理；一级热处理，将轧制后温度850℃~900℃的坯料置于保温缓冷坑中，盖上保温密封盖，以3℃/h~5℃/h的缓冷速率，处理10h~12h；二级热处理，待一级热处理结束后，半开保温密封盖，以8℃/h~10℃/h的缓冷速率，处理20 h~24h；三级热处理，待二级热处理结束后，全开保温密封盖，以15℃/h~25℃/h的缓冷速率，处理40h~45h；然后将轧制件取出，自然冷却至室温。
15、优选地，所述步骤s1中，冶炼炉升温至1580℃~1600℃将原料冶炼成铁水。
16、优选地，所述步骤s21中，lf精炼炉升温至1700℃~1730℃进行精炼。
17、优选地，所述步骤s21中，吹入氩气速度为225nl/min~300nl/min。
18、优选地，所述步骤s22中，vd真空炉升温至1730℃~1750℃进行精炼。
19、优选地，所述步骤s22中，底吹氮气速度为260nl/min~290nl/min。
20、优选地，所述步骤s3中，一段轧制起始温度为1050℃，压下率为19%，二段轧制起始温度为980℃，压下率为14%，三段轧制起始温度为940℃，压下率为8%；所述步骤s4中，一级热处理为，将温度900℃的坯料，以5℃/h的缓冷速率，处理12h；二级热处理为，以10℃/h的缓冷速率，处理24h；三级热处理为，25℃/h的缓冷速率，处理45h。
21、优选地，所述步骤s3中，一段轧制起始温度为1000℃，压下率为17%，二段轧制起始温度为950℃，压下率为11%，三段轧制起始温度为920℃，压下率为5%；所述步骤s4中，一级热处理为，将温度850℃的坯料，以3℃/h的缓冷速率，处理10h；二级热处理为，以8℃/h的缓冷速率，处理20h；三级热处理为，15℃/h的缓冷速率，处理40h。
22、优选地，所述步骤s3中，一段轧制起始温度为1020℃，压下率为18%，二段轧制起始温度为970℃，压下率为12%，三段轧制起始温度为930℃，压下率为6%；所述步骤s4中，一级热处理为，将温度880℃的坯料，以4℃/h的缓冷速率，处理11h；二级热处理为，以9℃/h的缓冷速率，处理22h；三级热处理为，20℃/h的缓冷速率，处理42h。
23、第三方面，本发明提供一种风电轴承，采用前述高强韧性风电轴承钢或前述制法所得的高强韧性风电轴承钢制成。
24、本发明具有如下技术效果或优点：
25、本发明的高强韧性风电轴承钢兼具高强度和高韧性的优点，适于风电轴承的工作工况。
26、本发明的风电轴承钢通过特定成分冶炼、三段梯度轧制和四级变温热处理的协同调控，可在风电轴承钢微观组织中形成了多级微纳析出相，其中一级析出相为共格富cu析出相，二级析出相为cuti中间相。相对于工艺复杂需要淬火、等效的马氏体钢以及需要进行额外渗碳处理的渗碳钢而言，制备方法简便可控，产品性能稳定。
27、其特定微观组织形成的原理包括：
28、(1)在冶炼\精炼过程中添加特定比例的cu和ti，采用电磁超声搅拌，使钢液与结晶器壁产生冲刷接触，可在结晶壁处不断反复形成晶核，释放大量结晶潜热，形成细晶粒。在正滑动时间内可减小弯曲月面下作用的坯壳拉伸应力；在负滑动时间内，可增加坯体压力，形成定向应力分布，加速cu和ti扩散。
29、(2)通过三段梯度轧制变形，钢坯可形成梯度位错密度，进一步细化晶粒，并利于形成高密度缺陷，为cu和ti扩散提供聚集地，使cu和ti在位错处聚集，在晶界处形成偏聚区；而变形产生的内应力则为多级微纳析出相产生提供驱动力。
30、(3)性能热处理的过程中，一级热处理过程中基体中过饱和的cu原子可迅速聚集，形成富cu偏聚区，为富cu析出提供条件；二级热处理过程中，随cu的扩散延续，晶界处cu的浓度不断增长，完成由富cu偏聚区到富cu析出相的转变，并保持共格关系；三级热处理过程中，富集的cu原子扩散到ti 原子上与之发生反应，在一级析出相（富cu析出相）上面形成cuti中间相。
31、综上，通过以上步骤，在风电轴承钢微观组织中形成了多级微纳析出相。其中一级析出相为共格富cu析出相，二级析出相为cuti中间相，可显著提高强度和韧性。其中共格富cu析出相，能够显著降低析出形核势垒，降低孕育期，实现快速高密度晶内析出，及时钉扎亚微米晶粒的晶界；析出相长大的驱动力是界面能，由于共格界面的界面能低，该析出相非常稳定，能够持续提供有效的钉扎压力，获得稳定的超细晶组织。瞬时高密度晶内析出可抑制亚微米晶粒长大，并且该析出相不限制位错滑移和栾晶生成，可同时实现高强度和高延展性。
1.一种高强韧性风电轴承钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述高强韧性风电轴承钢的元素组成为：c：0.13%~0.19%、si：0.36%~0.45%、mn：0.43%~0.87%、cu：1.88%~3.96%、cr：1.30%~1.90%、ni：1.70%~2.43%、mo：0.24%~0.33%、v：0.08%~0.17%、ti：1.13%~2.15%、n：0.003%~0.007%、al：≤0.015%、p：≤0.005%、s：≤0.005%，余量为fe及不可避免的杂质；所述高强韧性风电轴承钢的显微组织基体中存在富cu一级析出相和cuti二级析出相，所述富cu一级析出相与基体之间的相界面为完全共格界面，所述富cu一级析出相的cu原子比含量≥80%；所述cuti二级析出相的cuti原子比含量≥95%。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧性风电轴承钢，其特征在于，所述富cu一级析出相的cu原子比含量为80.1%~80.4%，所述cuti二级析出相的cuti原子比含量为97.6%~98.2%。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧性风电轴承钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述高强韧性风电轴承钢的元素组成为：c：0.19%；si：0.36%；mn：0.87%；cu：3.96%；cr：1.90%；ni：2.430%；mo：0.33%；v：0.17%；ti：1.13%；n：0.007%；al：≤0.015%；p：≤0.005%；s：≤0.005%；余量为fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种高强韧性风电轴承钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述高强韧性风电轴承钢的元素组成为：c：0.13%；si：0.45%；mn：0.43%；cu：1.88%；cr：1.30%；ni：1.70%；mo：0.24%；v：0.08%；ti：2.15%；n：0.003%；al：≤0.015%；p：≤0.005%；s：≤0.005%；余量为fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种高强韧性风电轴承钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述高强韧性风电轴承钢的元素组成为：c：0.15%；si：0.41%；mn：0.66%；cu：2.53%；cr：1.6%；ni：2.01%；mo：0.28%；v：0.11%；ti：1.95%；n：0.005%；al：≤0.015%；p：≤0.005%；s：≤0.005%；余量为fe及不可避免的杂质。
6.权利要求1所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s1中，冶炼炉升温至1580℃~1600℃将原料冶炼成铁水。
8.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s21中，lf精炼炉升温至1700℃~1730℃进行精炼。
9.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s21中，吹入氩气速度为225nl/min~300nl/min。
10.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s22中，vd真空炉升温至1730℃~1750℃进行精炼。
11.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s22中，底吹氮气速度为260nl/min~290nl/min。
12.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s3中，一段轧制起始温度为1050℃，压下率为19%，二段轧制起始温度为980℃，压下率为14%，三段轧制起始温度为940℃，压下率为8%；所述步骤s4中，一级热处理为，将温度900℃的坯料，以5℃/h的缓冷速率，处理12h；二级热处理为，以10℃/h的缓冷速率，处理24h；三级热处理为，25℃/h的缓冷速率，处理45h。
13.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s3中，一段轧制起始温度为1000℃，压下率为17%，二段轧制起始温度为950℃，压下率为11%，三段轧制起始温度为920℃，压下率为5%；所述步骤s4中，一级热处理为，将温度850℃的坯料，以3℃/h的缓冷速率，处理10h；二级热处理为，以8℃/h的缓冷速率，处理20h；三级热处理为，15℃/h的缓冷速率，处理40h。
14.根据权利要求6所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法，其特征在于，所述步骤s3中，一段轧制起始温度为1020℃，压下率为18%，二段轧制起始温度为970℃，压下率为12%，三段轧制起始温度为930℃，压下率为6%；所述步骤s4中，一级热处理为，将温度880℃的坯料，以4℃/h的缓冷速率，处理11h；二级热处理为，以9℃/h的缓冷速率，处理22h；三级热处理为，20℃/h的缓冷速率，处理42h。
15.一种风电轴承，其特征在于，所述风电轴承采用权利要求1至5任一项所述的高强韧性风电轴承钢或权利要求6至14任一项所述的一种高强韧性风电轴承钢的制法所得的高强韧性风电轴承钢制成。
