CN107058877A - 一种低温环境用风电法兰制作方法 - Google Patents

一种低温环境用风电法兰制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温环境用风电法兰制作方法。通过进一步优化Q345E的化学成分，优化其锻造成型工艺和热处理工艺，解决电法兰‑60℃冲击性能的技术问题。

Description

一种低温环境用风电法兰制作方法
技术领域
本发明涉及技术领域，特别是涉及一种低温环境用风电法兰制作方法。
背景技术
风力发电作为一种清洁能源，具有日益广泛的应用前景。在全球风力发电方兴未艾的今天，特殊环境下使用的风力发电机，对风电法兰的性能，也提出了更加严格的要求。
现有的风电法兰用Q345E（或S355NL）材料，由于其良好的焊接性能、较高的强度、良好的塑性和低温冲击韧性，在国内外获得了广泛的应用。然而，这种材料的低温冲击性能，一般只能满足-50℃冲击性能的要求，对于更低环境温度下的风力发电系统，其风电法兰所要求的更高的低温冲击要求，则无法满足。
如何进一步优化Q345E的化学成分，优化其锻造成型工艺和热处理工艺，解决电法兰-60℃冲击性能的难题是本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明就是针对更低环境温度下，风电法兰更高的低温冲击性能要求，而提供的一种低温环境用风电法兰制作方法。
本发明的一种低温环境用风电法兰制作方法，技术方案为，包括以下步骤：
（1）原材料：低温环境用风电法兰用钢，采用电炉冶炼+真空脱气+炉外精炼的方式进行冶炼，浇铸成坯，其熔炼分析化学成分：C 0.08-0.16，Si 0.15-0.30，Mn 1.00-1.60，P≤0.020，S≤0.015，V≤0.12，Nb≤0.05，Ni≤0.50，Cr≤0.20，Cu≤0.25，Als≥0.015，Mo≤0.10，Ti≤0.010，Nb+V+Ti≤0.15，熔炼分析的化学成分满足碳当量CEV≤0.41，CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；
（2）锻造：低温环境用风电法兰的锻造，采用自由锻+辗环的方式进行；
（3）热处理：低温环境用风电法兰的热处理采用正火或正火+回火。
（4）机加工：低温环境用风电法兰的机加工，包括无损检测前的粗车、无损检测后的精车和钻孔三道工序。
所述的低温环境为温度为-60℃～-20℃的环境。
步骤（1）中，冶炼过程控制钢中气体含量：H2≤2ppm，O≤20ppm，N≤100ppm。
步骤（2）中，，法兰的外径从2000mm至16000mm，法兰的高度最高可以到3000mm，采用辗环的方式来成型，保证锻造比不小于4:1。
步骤（3）热处理中，正火的奥氏体化温度为900-930℃，保温时间依据热处理时法兰的厚度，按照1.2-1.5min/mm进行计算。保温结束之后，将法兰放入风场中进行风冷+喷雾冷却，待法兰表面温度降至500±20℃，停止喷雾，降至300±20℃，停止吹风；需要回火处理的法兰，回炉加热至580-630℃，保温时间依据法兰的厚度，按照1.2-1.5min/mm进行计算；保温结束后，空冷至室温。
所述的一种低温环境用风电法兰制作方法，制作出的风电法兰，热处理后其力学性能：纵向拉伸性能满足GB/T 1591和JB/T 11218中Q345E、EN10025中S355N/S355NL、ASTMA709中A709 Gr50等各规格锻件的要求，低温冲击性能满足-60℃ Kv≥50J（平均值）。
本发明的有益效果为：通过优化现有Q345E材料的化学成分，优化锻造成型工艺和热处理工艺，成功破解了风电法兰-60℃低温冲击性能的难题。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例１
成品尺寸为φ6000φ5318×227（170）（单位：mm）的风电法兰，采用优化后的Q345E材料（化学成分：0.14C，0.34Si，1.31Mn，0.013P，0.003S，0.044V，0.037Nb，0.087Ni，0.079Cr，0.055Cu，0.017Al，0.045Mo，0.0034Ti，0.0005B，H2（氢）1.5ppm，O（氧）15ppm，0.0074N）。其主要工艺流程为：
（1）原材料下料：采用满足以上技术要求的料坯，通过锯切下料，下料重量满足该法兰的制作要求；
（2）锻造：法兰的成型，采用自由锻+辗环的方式进行。加热的料坯经镦拔变料之后，冲孔、扩孔至一定尺寸，保证开坯尺寸满足锻造比、辗环和回炉加热的的要求。二次加热的锻坯，经辗环机径-轴向轧制，保证其成型尺寸满足法兰的毛坯尺寸要求，然后空冷至室温；
（3）热处理：法兰的热处理，采用高效、节能的环形电炉进行加热，热处理方式采用正火或正火+回火的方式进行，正火的奥氏体化温度为910℃，保温时间依据热处理时法兰的厚度，按照1.3min/mm进行计算。保温结束之后，将法兰放入风场中进行风冷+喷雾冷却，待法兰表面温度降至500℃，停止喷雾，降至300℃，停止吹风。需要回火处理的法兰，回炉加热至600℃，保温时间依据法兰的厚度，按照1.2min/mm进行计算。保温结束后，空冷至室温。
（4）机加工：法兰经热处理之后，采用数控立式车床，进行无损检测之前的粗车、无损检测之后的精车至成品尺寸，采用数控钻床，进行法兰螺栓孔的加工，得到产品。
实施例2
成品尺寸为φ6000φ5318×227（170）（单位：mm）的风电法兰，采用优化后的Q345E材料（化学成分：0.15C，0.31Si，1.39Mn，0.005P，0.001S，0.039V，0.036Nb，0.065Ni，0.072Cr，0.042Cu，0.015Al，0.015Mo，0.0019Ti，H2（氢）1.5ppm，O（氧）18ppm，0.0049N）。其主要工艺流程为：
（1）原材料下料：采用满足以上技术要求的料坯，通过锯切下料，下料重量满足该法兰的制作要求；
（2）锻造：法兰的成型，采用自由锻+辗环的方式进行。加热的料坯经镦拔变料之后，冲孔、扩孔至一定尺寸，保证开坯尺寸满足锻造比、辗环和回炉加热的的要求。二次加热的锻坯，经辗环机径-轴向轧制，保证其成型尺寸满足法兰的毛坯尺寸要求，然后空冷至室温；
（3）热处理：法兰的热处理，采用高效、节能的环形电炉进行加热，热处理方式采用正火或正火+回火的方式进行，正火的奥氏体化温度为910℃，保温时间依据热处理时法兰的厚度，按照1.2min/mm进行计算。保温结束之后，将法兰放入风场中进行风冷+喷雾冷却，待法兰表面温度降至505℃，停止喷雾，降至310℃，停止吹风。需要回火处理的法兰，回炉加热至600℃，保温时间依据法兰的厚度，按照1.5min/mm进行计算。保温结束后，空冷至室温。
（4）机加工：法兰经热处理之后，采用数控立式车床，进行无损检测之前的粗车、无损检测之后的精车至成品尺寸，采用数控钻床，进行法兰螺栓孔的加工，得到产品。
采用上述工艺制作的风电法兰，经本体取样，其力学性能检测结果如表1所示：
表1
试样 Rel（Mpa） Rm（Mpa） A（%） Z（%） -60℃，Kv（J）
实施例1 329 485 36.5 80.0 133.6,168.3,175.9
实施例2 323 474 36.0 81.0 142.6,163.8,166.0

Claims (6)

1.一种低温环境用风电法兰制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原材料：低温环境用风电法兰用钢，采用电炉冶炼+真空脱气+炉外精炼的方式进行冶炼，浇铸成坯，其熔炼分析化学成分：C 0.08-0.16，Si 0.15-0.30，Mn 1.00-1.60，P≤0.020，S≤0.015，V≤0.12，Nb≤0.05，Ni≤0.50，Cr≤0.20，Cu≤0.25，Als≥0.015，Mo≤0.10，Ti≤0.010，Nb+V+Ti≤0.15，熔炼分析的化学成分满足碳当量CEV≤0.41，CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；
（2）锻造：低温环境用风电法兰的锻造，采用自由锻+辗环的方式进行；
（3）热处理：低温环境用风电法兰的热处理采用正火或正火+回火；
（4）机加工：低温环境用风电法兰的机加工，包括无损检测前的粗车、无损检测后的精车和钻孔三道工序。
2.根据权利要求1所述的一种低温环境用风电法兰制作方法，其特征在于，所述的低温环境为温度为-60℃～-20℃的环境。
3.根据权利要求1所述的一种低温环境用风电法兰制作方法，其特征在于，步骤（1）中，冶炼过程控制钢中气体含量：H2≤2ppm，O≤20ppm，N≤100ppm。
4.根据权利要求1所述的一种低温环境用风电法兰制作方法，其特征在于，步骤（2）中，，法兰的外径从2000mm至16000mm，法兰的高度最高可以到3000mm，采用辗环的方式来成型，保证锻造比不小于4:1。
5.根据权利要求1所述的一种低温环境用风电法兰制作方法，其特征在于，步骤（3）热处理中，正火的奥氏体化温度为900-930℃，保温时间依据热处理时法兰的厚度，按照1.2-1.5min/mm进行计算；
保温结束之后，将法兰放入风场中进行风冷+喷雾冷却，待法兰表面温度降至500±20℃，停止喷雾，降至300±20℃，停止吹风；需要回火处理的法兰，回炉加热至580-630℃，保温时间依据法兰的厚度，按照1.2-1.5min/mm进行计算；保温结束后，空冷至室温。
6. 根据权利要求1所述的一种低温环境用风电法兰制作方法，其特征在于，制作出的风电法兰，热处理后其力学性能：纵向拉伸性能满足GB/T 1591和JB/T 11218中Q345E、EN10025中S355N/S355NL、ASTM A709中A709 Gr50等各规格锻件的要求，低温冲击性能满足-60℃ Kv≥50J。
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