大型風電塔架Q355法蘭鍛件研究

發布時間：2021-07-30 人氣：

某公司是專業生產環形鍛件的廠家，大型風電法蘭是其主導產品，具備生產直徑8m大型環件的能力。近期某公司承接的8MW海上風電塔架法蘭直徑為6.9m,內孔6.1m,法蘭截面寬度400mm,厚度190mm。此法蘭用于118m海上風電塔架底座基礎環的法蘭連接。海上風電法蘭的服役條件比陸上風塔法蘭還要惡劣，法蘭需承載復雜的應力負荷，以適應低溫、海上風浪、臺風、暴雨等惡劣氣候的風源襲擊，使風電機組的塔架構件，受到葉輪旋轉時的動負載及隨機風載荷的共同作用，這時風電機組的零部件安全運行面臨著嚴峻考驗。所以，風電塔架法蘭產品的設計選材，除考慮材料的強度和工藝性能及安全運行外，還應充分考慮材料的低溫沖擊韌度這一重要指標。
大型風電塔架法蘭鍛件，一般采用Q355鍛制，此鋼為低合金高強度結構鋼，含碳量低，錳是主要的強化元素，并加入了少量的細化晶粒元素。此次生產的海上風電塔架法蘭用鋼化學成分及技術要求。

  為保證法蘭鍛件的低溫韌度，在鋼冶煉時，需嚴格控制鋼中磷、硫的含量，有效降低鋼中夾雜物含量。嚴格限制鋼中的“五害”元素：鉛（Pb)、錫 (Sn)、砷（As)、銻（Sb)、鉍 (Bi),這些低培點的元素如果在鋼中存在，因為溶解度都很小，剩余量即分布于晶界上，鋼在加熱時，就會被熔化而使鋼的塑性和韌性大幅降低。
  要使大型風電法蘭鍛件能夠滿足技術條件的高要求，除嚴格控制鋼錠的化學成分，殘余有害元素含量，降低鋼中的夾雜物外，還要策劃嚴格的鍛造工藝流程，保證鍛件獲得足夠的鍛造比，打碎鋼中的樹枝晶，充分壓實鍛透內部金屬，減少鍛件內部缺陷，提高內部金屬的致密程度。
  某公司安排鍛造工藝流程為在100MN油壓機上進行鍛造，經鐓拔、沖擴孔、平整等工序，再轉到8m輾環機上進行輾擴成形。鍛件鍛造比達到10.5。輾環時嚴格控制終鍛溫度，也起到了細化晶粒的效果。

  大型風電法蘭鍛制輾壓成形后，在井式電阻爐中進行加熱加熱溫度910℃，保溫時間為5h,出爐后進行強制冷卻。具體熱處理工藝。
  該工件熱處理工藝要求，鍛件加熱至650℃保溫1.5?2h,消除溫差力,650℃以上快速升溫，迅速通過相變溫度，增加鋼在相變時的過熱度，提高奧氏體的形核率，從而達到細化奧氏體晶粒的目的。910X：保溫后，出爐迅速移至風場內，進行吹風+ 噴霧的強制冷卻，提高冷卻速度，為使工件冷卻均勻，工件在風場內不停旋轉，直到冷卻結束。
  熱處理后的工件，本體取樣檢測,鍛件金相組織檢驗，縱、橫向的金相組織均為均勻細小的珠光體+鐵素體組織，晶粒度：縱向8.9級，橫向9.3級，沒有明顯帶狀。
  大型風電法蘭鍛件的力學性能-縱向抗拉強度的平均值較技術要求的低限值髙出21.2%，屈服強度的伸長率的平均值較技術要求高出 51%,沖擊吸收能量平均值較技術要求高出129.8%。
  大型風電法蘭鍛件實物的力學性能數據中，法蘭強度、塑性、韌性指標都非常好，強韌性匹配優良，綜合力學性能完全滿足客戶技術要求，而且鍛件的各向異性差異不大。
  大型海上風電法蘭的生產，首先要保證原材料的質量，鋼在冶煉時選用適當的脫氧劑，降低鋼中的氧化物，提高鋼的純凈度，減少鋼中的非金屬夾雜物，嚴格控制有害元素的含量。同時還要加人適量的細化晶粒元素，獲得鎮靜的本質細晶粒鋼。
  法蘭在鍛造時，要保證足夠的鍛造比，充分壓實鍛透內部金屬，增加內部金屬的致密度，嚴格控制加熱溫度，防止鍛件產生嚴重過熱組織、粗晶和混晶。
  熱處理時升溫到650℃時，根據法蘭截面大小適當保溫，然后按爐子功率快速加熱通過Ac,過熱度，來提尚奧氏體的形核率，達到細化奧氏體晶粒的目的。出爐后采取控冷措施，強化正火冷卻速度，從而提高產品的強韌性。

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