CN111893394A - 海上风电基础桩法兰的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了海上风电基础桩法兰的制造工艺，工艺步骤如下：准备锻造用钢→下料→锻造前加热→制坯→辗环→热处理前粗车→热处理→粗车→UT探伤→取样检测→精车。采用上述的制造工艺能制得海上风电基础桩法兰，其机械性能满足如下要求：纵向屈服强度Re(Mpa)≥285，纵向拉伸强度Rm(Mpa)：450～600，纵向延伸率A(%)≥21，横向最小冲击功KV(J)@‑50℃≥30J，纵向最小冲击功KV(J)@‑50℃≥50J，带状组织大不于2级，实际晶粒度6级或更细，断面收缩率Z(%)≥35，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0，细系≤2.0；B：粗系≤1.0，细系≤2；C：粗系≤1.0；细系≤2.0；D：粗系≤1.0；细系≤2；DS：粗系≤1.0；注：A细+B细+C细+D细≤6；A粗+B粗+C粗+D粗≤3.5。

Description

海上风电基础桩法兰的制造工艺
技术领域
本发明涉及环锻件制造工艺领域，具体涉及海上风电基础桩法兰的制造工艺。
背景技术
鉴于海上风电基础桩法兰的使用环境恶劣提出的锻件近芯部高机械性能的要求，锻件近芯部机械性能要求如下：纵向屈服强度Re (Mpa)≥285，纵向拉伸强度Rm (Mpa)：450～600，纵向延伸率A (%)≥21，横向最小冲击功KV(J)@-50℃≥30J， 纵向最小冲击功KV(J)@-50℃≥50J，带状组织大不于2级，实际晶粒度6级或更细，断面收缩率Z(%)≥35，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0 ，细系≤2.0； B：粗系≤1.0 ，细系≤2；C：粗系≤1.0；细系≤2.0；D：粗系≤1.0；细系≤2；DS：粗系≤1.0；注：A细+ B细+ C细+ D细≤6；A粗+B粗+ C粗+ D粗≤3.5。现在需要制造一种尺寸为φ7000～8000mm×φ6800～6900mm×200～300mm的海上风电基础桩法兰，采用现有的制造工艺制得的上述尺寸的法兰无法满足海上风电基础桩法兰的机械性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种海上风电基础桩法兰的制造工艺，采用该制造工艺制得尺寸为φ7000～8000mm×φ6800～6900mm×200～300mm的法兰能满足海上风电基础桩法兰的机械性能要求。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：海上风电基础桩法兰的制造工艺，工艺步骤如下：准备锻造用钢→下料→锻造前加热→制坯→辗环→热处理前粗车→热处理→粗车→UT探伤→取样检测→精车；其特征在于：
（1）准备锻造用钢中：采购钢号为Q355NE-Z35的钢锭，钢锭的化学成分要求如下： C：0.14%～0.18%、Mn：1.3%～1.6%、Si：0.17%～0.35%、 P：≤0.015%、S：≤0.005 %、Nb：0.02%～0.05%、V：0.01%～0.12%、Al:0.02%～0.04%、Ti:0.006%～0.05%、Cr:0.1%～0.3%、Ni:≤0.5%、Mo:0.01%～0.1%、Cu：≤0.20%、N：≤0.007%；
（2）制坯中：始锻温度≤1250℃，终锻温度≥900℃，制坯过程为：预墩粗→倒棱滚圆→墩粗→φ440mm冲头冲孔→回炉保温→马架扩孔；制坯锻比≥3.2；马架扩孔中压机的锤头采用高能低速和低能高速两种方式依次交替着对钢坯外圈捶打一遍，高能低速方式和低能高速方式的捶打次数相等，高能低速时锤头的打击力≥300T，打击速度≤10mm/s，低能高速时锤头的打击力≤100T，打击速度≥50mm/s；
（3）辗环中：始锻温度950℃～1000℃，辗环锻比≥8；
（4）热处理中：首先对锻件进行淬火，然后对锻件进行回火；淬火时，锻件装炉时炉内温度≤450℃，装炉完成后加热炉进行加热，使得炉内温度以≤110℃/h的速率升温至910℃±10℃并至少保温8.5小时，然后将锻件吊装至水池中进行水冷，水冷时，首先将锻件浸入至距离水池水面200～1000mm处停留10s～30s，此处的水流速度需要控制在0.5m3/min～1.2m3/min；然后将锻件浸入至距离水池水面1001～1800mm处停留120s～350s，此处的水流速度需要控制在1.5m3/min～2.0m3/min；接着将锻件浸入至距离水池水面1801～2600mm处停留420s～600s，此处的水流速度需要控制在2.5m3/min～3.5m3/min；然后将锻件浸入至距离水池水面2601～3400mm处停留900s～1800s，此处的水流速度需要控制在3m3/min ～5m3/min；接着出水；回火时，锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后加热炉进行加热，使得炉内温度以≤110℃/h的速率升温至600℃±10℃并至少保温12.5小时，然后锻件空冷至室温。
进一步的，前述的海上风电基础桩法兰的制造工艺，其中：锻造前加热中采用蓄热式高温空气燃烧技术对钢坯进行加热。
进一步的，前述的海上风电基础桩法兰的制造工艺，其中：碳当量：熔炼分析CEV≤0.3～0.43%。CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
进一步的，前述的海上风电基础桩法兰的制造工艺，其中：取样检测中：锻件按一次投料、同炉批号、同热处理规范、同外形尺寸为一批，每批选一件作为试样环进行性能检测。
本发明的优点为：采用上述的海上风电基础桩法兰的制造工艺能制得尺寸为φ7000～8000mm×φ6800～6900mm×200～300mm的海上风电基础桩法兰，并且海上风电基础桩法兰的机械性能满足如下要求：纵向屈服强度Re (Mpa)≥285，纵向拉伸强度Rm (Mpa)：450～600，纵向延伸率A (%)≥21，横向最小冲击功KV(J)@-50℃≥30J， 纵向最小冲击功KV(J)@-50℃≥50J，带状组织大不于2级，实际晶粒度6级或更细，断面收缩率Z(%)≥35，非金属夹杂物需满足如下要求：A：粗系≤1.0 ，细系≤2.0； B：粗系≤1.0 ，细系≤2；C：粗系≤1.0；细系≤2.0；D：粗系≤1.0；细系≤2；DS：粗系≤1.0；注：A细+ B细+ C细+ D细≤6；A粗+B粗+ C粗+ D粗≤3.5。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
海上风电基础桩法兰的制造工艺，工艺步骤如下：准备锻造用钢→下料→锻造前加热→制坯→辗环→热处理前粗车→热处理→粗车→UT探伤→取样检测→精车；
（1）准备锻造用钢中：从常熟龙腾特钢采购钢号为Q355NE-Z35的钢锭，钢锭的化学成分要求如下： C：0.14%～0.18%、Mn：1.3%～1.6%、Si：0.17%～0.35%、 P：≤0.015%、S：≤0.005%、Nb：0.02%～0.05%、V：0.01%～0.12%、Al:0.02%～0.04%、Ti:0.006%～0.05%、Cr:0.1%～0.3%、Ni:≤0.5%、Mo:0.01%～0.1%、Cu：≤0.20%、N：≤0.007%；碳当量：熔炼分析CEV≤0.3～0.43%。CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；鉴于海上风电基础桩法兰的使用环境恶劣提出的锻件近芯部高机械性能的要求，针对Q355NE-Z35材质进行C、Mn、Cr、Mo、Nb等关键元素的配比优化，同时严格控制有害元素的含量，确保原材料具有较高的力学特性和可锻特性；
（2）下料:下料所得钢坯重量为20500Kg，尺寸为φ1245mm×φ1166mm×2500mm；
（3）锻造前加热: 将钢坯加热至1250±20℃，保温6～8h，钢坯加热采用蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC技术），变频可控流量高效热能转化控制技术实现钢坯全维度热辐射方式低应力受热，降低大钢坯表面过度氧化、表面和芯部受热不均产生的热应力开裂风险，同时采用贵金属高灵敏度温度负载传感器直接测量钢坯本体温度，经过测量反馈闭环测控回路直接与加热控制燃烧系统相对接，实现钢坯本体温度的精确可控和高效燃烧，确保加热钢坯表面零脱碳和表芯部温度均匀，保证了锻件的内部质量，减少大钢坯开裂和脱碳风险；
（4）制坯中：在6000T油压机上进行，始锻温度≤1250℃，终锻温度≥900℃，制坯过程为：预墩粗至高度约为1500mm→倒棱滚圆至约φ1398mm×1700mm→墩粗至高度约为1200mm→φ440mm冲头冲孔→回炉保温1～4h→马架扩孔至φ2655mm×φ1300mm×620mm；制坯锻比≥3.2；马架扩孔中压机的锤头采用高能低速和低能高速两种方式依次交替着对钢坯外圈捶打一遍；具体就是先高能低速着对钢坯外圈捶打一遍，然后在低能高速着对钢坯外圈捶打一遍，接着按照上述步骤循环着对钢坯进行捶打，直至将钢坯锻造至所需尺寸，高能低速方式和低能高速方式的捶打次数相等，高能低速时锤头的打击力≥300T，打击速度≤10mm/s，低能高速时锤头的打击力≤100T，打击速度≥50mm/s；采用可控高能低速、低能高速相结合的多道次闭环式形变技术，解决大壁厚截面钢坯芯部组织形变不足，表面组织残余应力大的工程难题，提高芯部组织致密性，降低后续性能改性阶段的开裂风险，为改善近芯部组织机械性能奠定锻造基础；
（5）辗环中：始锻温度950℃～1000℃，终锻温度≥850℃，辗环锻比≥8为实现超细晶粒组织（晶粒≥8级）的获得以及为高冲击韧性提供组织基础；辗环过程中及时注压力水，以清除工件表面的氧化物及对工装模具进行冷却；首先将钢坯第一次辗环至φ4000mm×φ2988mm×470mm，然后回炉保温2～4h，接着将钢坯第二次辗环至φ7552mm×φ6818mm×292mm；
（6）热处理前粗车中：将锻件粗车至φ7530mm×φ6840mm×270mm；
（7）热处理中：首先对锻件进行淬火，然后对锻件进行回火；淬火时，锻件装炉时炉内温度≤450℃，装炉完成后加热炉进行加热，使得炉内温度以≤110℃/h的速率升温至910℃±10℃并至少保温8.5小时，然后将锻件吊装至水池中进行水冷，水冷时，首先将锻件浸入至距离水池水面200～1000mm处停留10s～30s，此处的水流速度需要控制在0.5m3/min～1.2m3/min；然后将锻件浸入至距离水池水面1001～1800mm处停留120s～350s，此处的水流速度需要控制在1.5m3/min～2.0m3/min；接着将锻件浸入至距离水池水面1801～2600mm处停留420s～600s，此处的水流速度需要控制在2.5m3/min～3.5m3/min；然后将锻件浸入至距离水池水面2601～3400mm处停留900s～1800s，此处的水流速度需要控制在3m3/min ～5m3/min；接着出水；不同深度的水流速度可以通过在不同深度采用不同的搅拌力度来实现；通过控制锻件在不同深度、不同流速的停留冷却时间来控制锻件冷却速度，使得大截面锻件近芯部组织快速转化同时具有较低的内应力，保证了近芯部组织具有较高的强度和耐冲击特性；回火时，锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后加热炉进行加热，使得炉内温度以≤110℃/h的速率升温至600℃±10℃并至少保温12.5小时，然后锻件空冷至室温；
（8）粗车中：将锻件粗车至φ7505mm×φ6865mm×245mm；
（9）UT探伤中：对锻件四面整体100%超声检验，合格标准为：NB/T47013.3 1级；
（10）取样检测中：锻件按一次投料、同炉批号、同热处理规范、同外形尺寸为一批，每批选一件作为试样环进行性能检测；
（11）精车中：将锻件精车至φ7500mm×φ6870mm×240mm，从而得到海上风电基础桩法兰。

Claims (4)

1.海上风电基础桩法兰的制造工艺，工艺步骤如下：准备锻造用钢→下料→锻造前加热→制坯→辗环→热处理前粗车→热处理→粗车→UT探伤→取样检测→精车；其特征在于：
（1）准备锻造用钢中：采购钢号为Q355NE-Z35的钢锭，钢锭的化学成分要求如下： C：0.14%～0.18%、Mn：1.3%～1.6%、Si：0.17%～0.35%、 P：≤0.015%、S：≤0.005 %、Nb：0.02%～0.05%、V：0.01%～0.12%、Al:0.02%～0.04%、Ti:0.006%～0.05%、Cr:0.1%～0.3%、Ni:≤0.5%、Mo:0.01%～0.1%、Cu：≤0.20%、N：≤0.007%；
（2）制坯中：始锻温度≤1250℃，终锻温度≥900℃，制坯过程为：预墩粗→倒棱滚圆→墩粗→φ440mm冲头冲孔→回炉保温→马架扩孔；制坯锻比≥3.2；马架扩孔中压机的锤头采用高能低速和低能高速两种方式依次交替着对钢坯外圈捶打一遍，高能低速方式和低能高速方式的捶打次数相等，高能低速时锤头的打击力≥300T，打击速度≤10mm/s，低能高速时锤头的打击力≤100T，打击速度≥50mm/s；
（3）辗环中：始锻温度950℃～1000℃，辗环锻比≥8；
（4）热处理中：首先对锻件进行淬火，然后对锻件进行回火；淬火时，锻件装炉时炉内温度≤450℃，装炉完成后加热炉进行加热，使得炉内温度以≤110℃/h的速率升温至910℃±10℃并至少保温8.5小时，然后将锻件吊装至水池中进行水冷，水冷时，首先将锻件浸入至距离水池水面200～1000mm处停留10s～30s，此处的水流速度需要控制在0.5m3/min～1.2m3/min；然后将锻件浸入至距离水池水面1001～1800mm处停留120s～350s，此处的水流速度需要控制在1.5m3/min～2.0m3/min；接着将锻件浸入至距离水池水面1801～2600mm处停留420s～600s，此处的水流速度需要控制在2.5m3/min～3.5m3/min；然后将锻件浸入至距离水池水面2601～3400mm处停留900s～1800s，此处的水流速度需要控制在3m3/min ～5m3/min；接着出水；回火时，锻件装炉时炉内温度为室温25～50℃，装炉完成后加热炉进行加热，使得炉内温度以≤110℃/h的速率升温至600℃±10℃并至少保温12.5小时，然后锻件空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的海上风电基础桩法兰的制造工艺，其特征在于：锻造前加热中采用蓄热式高温空气燃烧技术对钢坯进行加热。
3.根据权利要求1或2所述的海上风电基础桩法兰的制造工艺，其特征在于：碳当量：熔炼分析CEV≤0.3～0.43%。
4.根据权利要求1或2所述的海上风电基础桩法兰的制造工艺，其特征在于：取样检测中：锻件按一次投料、同炉批号、同热处理规范、同外形尺寸为一批，每批选一件作为试样环进行性能检测。
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