CN109881103B - 一种风电塔筒用法兰材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电塔筒用法兰材料，以质量分数计，包括以下化学成分：碳0.16%、硅0.5%；锰1.2%；钨0.4%；镍1.7%；钼0.18%；铬2.4%；Ni 2.0；钒0.16%；铜0.13%；铝0.16%；稀土合金1%；硫≤0.01%，磷≤0.012%；其余为铁；本发明还提供上述材料的制备方法。本发明制备的法兰材料，屈服强度为500MPa，抗拉强度为700MPa，冲击吸收功，‑40℃为150J，‑60℃为80J，表面粗糙度为0.6μm，年平均腐蚀率为0.1mm/a，断后伸长率（Z）为45%。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电塔筒用法兰材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
风能是一种可再生的清洁能源，利用风能发电越来越得到重视，风力发电已成为当今世界发展最快的新能源产业。风力发电机的塔筒是连接风机的重要部件，它承受了风力作用在叶轮上的推力、扭矩、弯矩、陀螺力矩、电机的振动及受力变化时的摆动，关系着整台风力发电机运行的安全性和使用寿命。
风力发电机组塔筒高大细长，是典型的高耸结构，塔筒的设计是风力发电机组设计中不可缺少的一部分。钢制锥形塔筒由于外形美观，占用空间小，支承高度高，在大型风力发电 机组中得到了广泛应用。
钢制锥形塔筒由多个分段通过法兰连接而成。现有技术中使用的法兰存在强度较低、不耐冲击、不耐腐蚀、表面粗糙的不足。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种风电塔筒用法兰材料及其制备方法，是实现以下发明目的：
（1）提高塔筒用法兰的屈服强度、抗拉强度；
（2）提高塔筒用法兰的抗冲击能力；
（3）提高塔筒用法兰的耐腐蚀能力；
（4）降低塔筒用法兰的表面粗糙度。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种风电塔筒用法兰材料，以质量分数计，包括以下化学成分：碳0.16%、硅0.5%；锰1.2%；钨0.4%；镍1.7%；钼0.18%；铬2.4%；Ni 2.0；钒0.16%；铜0.13%；铝0.16%；稀土合金1%；硫≤0.01%，磷≤0.012%；其余为铁。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述稀土，各组分质量百分比为镨30% 、镧20% 、铈15%、钷12%、铕17%、钇补足100%。
一种风电塔筒用法兰材料的制备方法，所述制备方法，包括静置, VD真空脱气，精压后空冷。
所述静置，在精炼步骤之后，保持1600℃，静置时间为50分钟。
所述VD真空脱气，第一阶段真空度为80pa，保压时间为10分钟，第二阶段真空度降低至50Pa，保压时间为14分钟，然后通入纯度为99.999%的氩气，流量为200NL/min，通入时间为8分钟。
所述精压后空冷，精压后的材料先以压缩空气进行空冷，风量为75 m³/min，10min后，放入80℃的水中水冷10s,然后取出继续进行上述空冷10min后，继续进行水冷，循环进行至材料温度降低至100℃以下。
所述热处理，先以3℃/min加热到800℃，保温10分钟，然后以相同的升温速率升温到900℃，保温2分钟，然后以相同的升温速率升温到1000℃，保温15s,进行正火热处理，然后空冷，风量为85m³/min；
再进行回火处理，回火温度为600℃，回火保温时间为10分钟，再降低到550℃，回火保温时间为10分钟，然后空冷，风量为80m³/min。
本发明采用特定的化学成分含量、增加静置步骤，并且采用特定的VD真空脱气、精压后空冷、热处理步骤，可以实现以下有益效果。
本发明取得的有益效果：
本发明制备的法兰材料，屈服强度为500MPa，抗拉强度为700MPa，冲击吸收功，-40℃为150J，-60℃为80J，表面粗糙度为0.6μm，年平均腐蚀率为0.1mm/a，断后伸长率（Z）为45%。
具体实施方式
实施例1
一种风电塔筒用法兰材料，以质量分数计，包括以下化学成分：碳0.16%、硅0.5%；锰1.2%；钨0.4%；镍1.7%；钼0.18%；铬2.4%；Ni 2.0；钒0.16%；铜0.13%；铝0.16%；稀土合金1%；硫≤0.01%，磷≤0.012%；其余为铁；
所述稀土，各组分质量百分比为镨30% 、镧20% 、铈15%、钷12%、铕17%、钇补足100%。
所述法兰材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）铁水脱硫
铁水经过预处理后，铁水中硫含量≤0.005%。
（2）冶炼
将脱硫处理后的铁水进行冶炼，当铁水温度大于1350℃时，加入铜、镍铁合金、钼铁合金，冶炼过程中加入造渣剂氧化钙，当C的含量达0.15%，P≤0.005%，S≤0.008%时，出钢，出钢时铁水温度为1650℃时，渣碱度为2.0。
（3）精炼
精炼温度为1660℃，利用纯度为99.999的高纯度氩气通入液体中，氩气流量为600NL/min，精炼脱氧剂为电石，加入锰铁、硅铁、铬铁、钒铁、钨铁合金，搅拌精炼，当钢中氧含量小于1ppm,硫含量小于5ppm时，加入稀土合金粉，搅拌均匀，继续精炼20分钟。
所述镍铁合金、钼铁合金，锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、钒铁合金、钨铁合金，铁含量均小于30%。
（4）静置
保持1600℃，静置时间为50分钟。
（5）VD真空脱气
第一阶段真空度为80pa，保压时间为10分钟，第二阶段真空度降低至50Pa，保压时间为14分钟，然后通入纯度为99.999%的氩气，流量为200NL/min，通入时间为8分钟。
（6）连铸、锯切
连铸拉坯速度为0.22m/min，得到的连铸坯的直径为900mm，锯切得到所需坯料的尺寸。
（7）钢坯加热、锻造、冲孔、精压后空冷
将锯切得到的钢坯经过钢坯加热、锻造、冲孔、精压，达到成品毛坯规定的几何形状，精压后的材料先以压缩空气进行空冷，风量为75 m³/min，10min后，放入80℃的水中水冷10s,然后取出继续进行上述空冷10min后，继续进行水冷，循环进行至材料温度降低至100℃以下。
（8）热处理
先以3℃/min加热到800℃，保温10分钟，然后以相同的升温速率升温到900℃，保温2分钟，然后以相同的升温速率升温到1000℃，保温15s,进行正火热处理，然后空冷，风量为85m³/min。
再进行回火处理，回火温度为600℃，回火保温时间为10分钟，再降低到550℃，回火保温时间为10分钟，然后空冷，风量为80m³/min。
（9）机械加工。
经过机械加工，得到外径为5000mm，厚度为150mm的法兰。
本发明制备的法兰材料，屈服强度为500MPa，抗拉强度为700MPa，冲击吸收功，-40℃为150J，-60℃为80J，表面粗糙度为0.6μm，年平均腐蚀率为0.1mm/a，断后伸长率（Z）为45%。
对比例1
在实施例1基础上，省略静置；步骤（7）精压后的处理，修改为：精压后，将钢坯尽快放入缓冷坑内，缓慢冷却至150℃以后出坑；热处理方式修改为：在恒定温度下进行正火处理、回火处理，具体操作为：加热到950℃，保温时间为1小时/英寸，进行正火处理，冷却后，再进行650℃的回火热处理，回火保温时间为1.5小时/英寸。
其余技术方案同实施例1。
制备的法兰材料，屈服强度为450MPa，抗拉强度为660MPa，冲击吸收功，-40℃为125J，-60℃为70J，表面粗糙度为1.5μm，年平均腐蚀率为0.5mm/a，断后伸长率（Z）为36%。
Claims (1)
1.一种风电塔筒用法兰材料，其特征在于：以质量分数计，包括以下化学成分：碳0.16%、硅0.5%；锰1.2%；钨0.4%；镍1.7%；钼0.18%；铬2.4%；Ni 2.0%；钒0.16%；铜0.13%；铝0.16%；稀土合金1%；硫≤0.01%，磷≤0.012%；其余为铁；
所述稀土合金，各组分质量百分比为镨30% 、镧20% 、铈15%、钷12%、铕17%、钇补足100%；
所述法兰材料的制备方法，包括静置、 VD真空脱气、精压后空冷、热处理；
所述静置，在精炼步骤之后，保持1600℃，静置时间为50分钟；
所述VD真空脱气，第一阶段真空度为80pa，保压时间为10分钟，第二阶段真空度降低至50Pa，保压时间为14分钟，然后通入纯度为99.999%的氩气，流量为200NL/min，通入时间为8分钟；
所述精压后空冷，精压后的材料先以压缩空气进行空冷，风量为75 m³/min，10min后，放入80℃的水中水冷10s,然后取出继续进行上述空冷10min后，继续进行水冷，循环进行至材料温度降低至100℃以下；
所述热处理，先以3℃/min加热到800℃，保温10分钟，然后以相同的升温速率升温到900℃，保温2分钟，然后以相同的升温速率升温到1000℃，保温15s,进行正火热处理，然后空冷，风量为85m³/min； 再进行回火处理，回火温度为600℃，回火保温时间为10分钟，再降低到550℃，回火保温时间为10分钟，然后空冷，风量为80m³/min。
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