大型风电塔架Q355法兰锻件研究

发布时间：2021-07-30 人气：

某公司是专业生产环形锻件的厂家，大型风电法兰是其主导产品，具备生产直径8m大型环件的能力。近期某公司承接的8MW海上风电塔架法兰直径为6.9m,内孔6.1m,法兰截面宽度400mm,厚度190mm。此法兰用于118m海上风电塔架底座基础环的法兰连接。海上风电法兰的服役条件比陆上风塔法兰还要恶劣，法兰需承载复杂的应力负荷，以适应低温、海上风浪、台风、暴雨等恶劣气候的风源袭击，使风电机组的塔架构件，受到叶轮旋转时的动负载及随机风载荷的共同作用，这时风电机组的零部件安全运行面临着严峻考验。所以，风电塔架法兰产品的设计选材，除考虑材料的强度和工艺性能及安全运行外，还应充分考虑材料的低温冲击韧度这一重要指标。
大型风电塔架法兰锻件，一般采用Q355锻制，此钢为低合金高强度结构钢，含碳量低，锰是主要的强化元素，并加入了少量的细化晶粒元素。此次生产的海上风电塔架法兰用钢化学成分及技术要求。

  为保证法兰锻件的低温韧度，在钢冶炼时，需严格控制钢中磷、硫的含量，有效降低钢中夹杂物含量。严格限制钢中的“五害”元素：铅（Pb)、锡 (Sn)、砷（As)、锑（Sb)、铋 (Bi),这些低培点的元素如果在钢中存在，因为溶解度都很小，剩余量即分布于晶界上，钢在加热时，就会被熔化而使钢的塑性和韧性大幅降低。
  要使大型风电法兰锻件能够满足技术条件的高要求，除严格控制钢锭的化学成分，残余有害元素含量，降低钢中的夹杂物外，还要策划严格的锻造工艺流程，保证锻件获得足够的锻造比，打碎钢中的树枝晶，充分压实锻透内部金属，减少锻件内部缺陷，提高内部金属的致密程度。
  某公司安排锻造工艺流程为在100MN油压机上进行锻造，经镦拔、冲扩孔、平整等工序，再转到8m辗环机上进行辗扩成形。锻件锻造比达到10.5。辗环时严格控制终锻温度，也起到了细化晶粒的效果。

  大型风电法兰锻制辗压成形后，在井式电阻炉中进行加热加热温度910℃，保温时间为5h,出炉后进行强制冷却。具体热处理工艺。
  该工件热处理工艺要求，锻件加热至650℃保温1.5〜2h,消除温差力,650℃以上快速升温，迅速通过相变温度，增加钢在相变时的过热度，提高奥氏体的形核率，从而达到细化奥氏体晶粒的目的。910X：保温后，出炉迅速移至风场内，进行吹风+ 喷雾的强制冷却，提高冷却速度，为使工件冷却均匀，工件在风场内不停旋转，直到冷却结束。
  热处理后的工件，本体取样检测,锻件金相组织检验，纵、横向的金相组织均为均匀细小的珠光体+铁素体组织，晶粒度：纵向8.9级，横向9.3级，没有明显带状。
  大型风电法兰锻件的力学性能-纵向抗拉强度的平均值较技术要求的低限值髙出21.2%，屈服强度的伸长率的平均值较技术要求高出 51%,冲击吸收能量平均值较技术要求高出129.8%。
  大型风电法兰锻件实物的力学性能数据中，法兰强度、塑性、韧性指标都非常好，强韧性匹配优良，综合力学性能完全满足客户技术要求，而且锻件的各向异性差异不大。
  大型海上风电法兰的生产，首先要保证原材料的质量，钢在冶炼时选用适当的脱氧剂，降低钢中的氧化物，提高钢的纯净度，减少钢中的非金属夹杂物，严格控制有害元素的含量。同时还要加人适量的细化晶粒元素，获得镇静的本质细晶粒钢。
  法兰在锻造时，要保证足够的锻造比，充分压实锻透内部金属，增加内部金属的致密度，严格控制加热温度，防止锻件产生严重过热组织、粗晶和混晶。
  热处理时升温到650℃时，根据法兰截面大小适当保温，然后按炉子功率快速加热通过Ac,过热度，来提尚奥氏体的形核率，达到细化奥氏体晶粒的目的。出炉后采取控冷措施，强化正火冷却速度，从而提高产品的强韧性。

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