CN104818375A - 一种大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，包括以下步骤：1）将锻后法兰慢速加热至650℃±10℃并保温1-2小时；法兰快速加热至910℃±10℃并保温；法兰强制冷却至表面温度在300℃以下；法兰冷却至300℃以下后装炉回火，升温至600℃保温；法兰出炉后空冷至室温。本法兰锻件的强度、韧性和抗变形能力均得到有效提升。
Description
技术领域
本发明涉及法兰热处理技术领域，尤其是涉及一种大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法。
背景技术
作为塔架高度可达100米以上的风力发电机组塔架的主要连接部件，法兰在高空中需要承受多种载荷，且受力情况非常复杂，尤其是在恶劣天气下，如极端低温、台风、沙尘，风电机组的塔架在叶轮旋转时的动载荷和随机分载荷的共同作用下，风电机组零部件的安全运行将面临严重考验。因此，为了防止倒塔等安全事故的出现，设计单位对于风电法兰的力学性能、内部组织状态、工艺性能、低温韧性等参数要求很高。
大型风电法兰热处理一般采用常规正火工艺处理，按照该常规正火热处理完成后的锻件铁素体组织含量高，锻件的强度偏低，经过检测，强度值一般接近技术要求的下限（金相组织见附图4）。
发明内容
本发明的目的在于改变现有技术中大型风电法兰铁素体组织含量高、锻件强度偏低的缺陷，提供一种法兰锻件强韧化的热处理方式，采用的技术方式为：一种大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，其特征在于：所述热处理工艺方法包括以下步骤：
1）将锻后法兰慢速加热至650℃±10℃并保温1-2小时，所述慢速加热是指加热温升速度小于或者等于100℃/h；
2）所述法兰快速加热至910℃±10℃并保温，所述快速加热是指温升速度大于150℃/h，保温时间按照法兰外径进行计算，计算方式为1.5min/mm；
3）所述法兰强制冷却至表面温度在300℃以下；
4）所述法兰冷却至300℃以下后装炉回火，升温至600℃保温，保温时间按照法兰有效厚度进行计算，计算方式为1.8min/mm，升温速度小于或等于150℃/h；
5）所述法兰出炉后空冷至室温。
本发明的技术方案还有：所述法兰所用材料为可焊接细晶粒结构钢，所述结构钢CEV≦0.43。
本发明的技术方案还有：所述法兰所用材料为低合金高强度结构钢钢材。
本发明的技术方案还有：所述强制冷却是指在冷却时采用吹风空冷方式。
本发明的技术方案还有：所述强制冷却是指在冷却时采用喷雾冷却方式。
本发明的有益效果在于：1）本大型法兰锻件的热处理采用分段加热的方式进行，650℃以下慢速加热，以避免锻件表面与心部温差大造成的温差应力，650℃以上采用全功率快速加热的方式，以便使锻件快速通过相变温度，提高锻件过热度，增加了奥氏体形核率，而从达到细化晶粒的效果；冷却时采用了吹风、喷雾等强制控冷技术，加快锻件冷却速度，强制冷却至表面温度300℃以后，装炉回火，回火保温后出炉空冷；特别设计的升温速度和冷却方式，使得本热处理不同于传统的热处理工艺；强制冷却的方式抑制了先共析相---铁素体的析出，铁素体的含量相对较低，珠光体的含量相对较高，由于珠光体硬度比铁素体要高，因此锻件的强度和韧性得到了提高（金相组织见附图3）。
2）采用本发明技术方案处理后的法兰锻件，其内部晶粒度可达到8级以上，晶粒细，晶界多，杂质在晶界处偏聚浓度相对较低，从而有效提高了锻件强度和低温韧性，并降低了钢的冷脆转变温度。
3）采用本发明技术方案处理后的法兰锻件强度达标率99.5%以上，而且大部分强度数值都在技术标准要求的中限值，低温冲击韧性-50℃冲击功达到100焦耳以上，强韧性匹配非常好，完全能够满足100米以上塔架连接需要。
4）采用本发明技术方案出炉后的法兰锻件，由于经过了高温回火处理，稳定了金相组织，消除了组织转变产生的应力，因此锻件还具有不易变形之优点。
附图说明
附图1是本发明热处理中正火工艺曲线图，附图2是本发明热处理工艺中回火工艺曲线图，附图3是采用本发明的热处理工艺后，获得的法兰金相组织图（放大倍数为200倍），附图4是采用常规正火工艺处理后金相组织图（放大倍数为200倍）。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。本发明公开了一种大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，该热处理工艺方法包括以下步骤：
1）将锻后法兰慢速加热至650℃±10℃并保温1-2小时，慢速加热是指加热温升速度小于或者等于100℃/h；
2）法兰快速加热至910℃±10℃并保温，快速加热是指温升速度大于150℃/h，保温时间按照法兰有效厚度进行计算，计算方式为1.5min/mm；
3）法兰强制冷却至表面温度在300℃以下；
4）法兰冷却至300℃以下后装炉回火，升温至600℃保温，保温时间按照法兰有效厚度进行计算，计算方式为1.8min/mm，升温速度小于或等于150℃/h；
5）法兰出炉后空冷至室温。
法兰的有效厚度是指：法兰的高度或者（外径-内径）/2，取两者中的较小值作为有效厚度。
该法兰所用材料为可焊接细晶粒结构钢，该结构钢CEV≦0.43，也可选用低合金高强度结构钢。
其中强制冷却是指在冷却时采用吹风空冷方式或者喷雾冷却方式。
将附图3和附图4中显示的金相组织进行比较，采用本发明工艺后，铁素体（附图3和附图4中白色部分）的含量明显少于常规热处理工艺，珠光体（附图3和附图4中黑色部分）的含量比例相对高，由于珠光体的硬度、强度要比铁素体高，因此在本发明工艺下，法兰的综合性能得到有效改善，且本发明工艺下，法兰晶粒比常规热处理下晶粒细小，也使法兰综合性能得到提升。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，其特征在于：所述热处理工艺方法包括以下步骤：
1）将锻后法兰慢速加热至650℃±10℃并保温1-2小时，所述慢速加热是指加热温升速度小于或者等于100℃/h；
2）所述法兰快速加热至910℃±10℃并保温，所述快速加热是指温升速度大于150℃/h，保温时间按照法兰有效厚度进行计算，计算方式为1.5min/mm；
3）所述法兰强制冷却至表面温度在300℃以下；
4）所述法兰冷却至300℃以下后装炉回火，升温至600℃保温，保温时间按照法兰有效厚度进行计算，计算方式为1.8min/mm，升温速度小于或等于150℃/h；
5）所述法兰出炉后空冷至室温。
2.按照权利要求1所述的大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，其特征在于：所述法兰所用材料为可焊接细晶粒结构钢，所述结构钢CEV≦0.43。
3.按照权利要求1所述的大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，其特征在于：所述法兰所用材料为低合金高强度结构钢钢材。
4.按照权利要求1所述的大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，其特征在于：所述强制冷却是指在冷却时采用吹风空冷方式。
5.按照权利要求1所述的大型风电法兰锻件强韧化热处理工艺方法，其特征在于：所述强制冷却是指在冷却时采用喷雾冷却方式。
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