CN112831699B - 一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg 0.65‑0.82％，Si 0.42‑0.58％，Fe 0.04‑0.08％，Cu 0.004‑0.009％，Mn 0.01‑0.05％，Cr 0.01‑0.05％，Zn 0.1‑0.3％，Ti 0.02‑0.06％，Zr 0.02‑0.06％，Nb 0.1‑0.3％，Sc 0.01‑0.04％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。本发明公开了上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效。

Description

一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金型材技术领域，尤其涉及一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材及其制备方法。
背景技术
大型风电塔筒就是风力发电的塔杆，由多段塔筒组成，是风机的重要组成部件。风电塔筒是由塔架中预埋在地下的最底层塔筒与上面连接的多个塔筒组成，在风力发电机组中起支撑作用，同时吸收机组震动，风电塔筒长期处于室外环境，风吹日晒易出现各种故障，需要工人时常进行检修。
由于风电塔筒位于高空位置，工人在对塔筒基础段进行内部安装、包装、吊装和拆卸等工作时，工作人员需要通过爬梯到达风电塔筒门后进入风电塔筒内部作业，爬梯由位于风电塔筒门两侧的连接板和焊接在两侧连接板之间的支撑板组成，现有的爬梯一般采用铝合金型材制备，作业时工人容易因爬梯的韧性差而产生滑动等，造成跌落事故，亟待解决。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材及其制备方法。
一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg0.65-0.82％，Si 0.42-0.58％，Fe 0.04-0.08％，Cu 0.004-0.009％，Mn 0.01-0.05％，Cr 0.01-0.05％，Zn 0.1-0.3％，Ti 0.02-0.06％，Zr 0.02-0.06％，Nb 0.1-0.3％，Sc0.01-0.04％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。
优选地，Zn元素和Ti元素的质量比为0.15-0.16：0.03-0.05。
优选地，Ti元素和Zn元素满足如下关系：100×nTi＝200×nZn-0.27；nTi为Ti元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比，nZn为Zn元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比。
优选地，Zr元素、Nb元素的质量比为0.03-0.05：0.15-0.16。
优选地，Zr元素和Nb元素满足如下关系：100×nZr＝200×nNb-0.27；nZr为Zr元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比，nNb为Nb元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比。
上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括：熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，升温至700-800℃，保温10-20h，降温至500-560℃，保温1-2h，然后降温至200-250℃，保温4-8h，移至风冷却炉中冷却至室温。
优选地，均匀化处理中升温至700-800℃的过程中，升温速度为2-8℃/min。
优选地，均匀化处理中降温至200-250℃的过程中，降温速度为10-15℃/min。
本发明的技术效果如下所示：
本发明所得铝合金型材采用Mg与Al作为主要元素，基体的强化相主要为Mg2Si，进一步通过控制Zn、Ti的含量范围与关系，不仅可有效保证型材在铸造时产生裂纹，并可减少柱状晶组织，细化晶粒度，强化晶粒，而且可使合金具有良好的成形性能和焊接性能，同时配合均匀化处理工艺，不仅可提高合金的人工时效硬化效应，从而提升型材的韧性，但是容易沿着合金的晶界偏析，降低可塑性，通过添加Zr、Nb并合理控制两者的配比关系，通过试验发现，不仅可以提高再结晶温度，显著细化再结晶晶粒，同时促进Mg2Si粒子的均匀分布和挤压变形的均匀性，不仅进一步提高合金的强度、韧性，且可实现所述爬梯与塔筒的安全固定，并有效防止所述爬梯的滑动，提高了安全性，保证爬梯的使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg0.65％，Si 0.58％，Fe 0.04％，Cu 0.009％，Mn 0.01％，Cr 0.05％，Zn 0.1％，Ti 0.06％，Zr0.02％，Nb 0.3％，Sc 0.01％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。
上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括：熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先以8℃/min的速度升温至700℃，保温20h，降温至500℃，保温2h，然后以10℃/min的速度降温至250℃，保温4h，移至风冷却炉中冷却至室温。
实施例2
一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg0.82％，Si 0.42％，Fe 0.08％，Cu 0.004％，Mn 0.05％，Cr 0.01％，Zn 0.3％，Ti 0.02％，Zr0.06％，Nb 0.1％，Sc 0.04％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。
上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括：熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先以2℃/min的速度升温至800℃，保温10h，降温至560℃，保温1h，然后以15℃/min的速度降温至200℃，保温8h，移至风冷却炉中冷却至室温。
实施例3
一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg0.7％，Si 0.52％，Fe 0.05％，Cu 0.008％，Mn 0.02％，Cr 0.04％，Zn 0.15％，Ti 0.03％，Zr0.05％，Nb 0.16％，Sc 0.02％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。
上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括：熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先以7℃/min的速度升温至730℃，保温18h，降温至520℃，保温1.7h，然后以12℃/min的速度降温至240℃，保温5h，移至风冷却炉中冷却至室温。
实施例4
一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg0.78％，Si 0.46％，Fe 0.07％，Cu 0.005％，Mn 0.04％，Cr 0.02％，Zn 0.16％，Ti0.05％，Zr0.03％，Nb 0.15％，Sc 0.03％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。
上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括：熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先以3℃/min的速度升温至770℃，保温12h，降温至540℃，保温1.3h，然后以14℃/min的速度降温至220℃，保温7h，移至风冷却炉中冷却至室温。
实施例5
一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其组分按重量百分比包括：Mg0.74％，Si 0.50％，Fe 0.06％，Cu 0.007％，Mn 0.03％，Cr 0.03％，Zn 0.155％，Ti 0.04％，Zr0.04％，Nb 0.155％，Sc 0.025％，其它单个杂质元素含量≤0.01％，其它杂质元素总含量≤0.08％，余量为Al。
上述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材制备方法，包括：熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先以5℃/min的速度升温至750℃，保温15h，降温至530℃，保温1.5h，然后以13℃/min的速度降温至230℃，保温6h，移至风冷却炉中冷却至室温。
将实施例3-5所得铝合金型材进行性能测试，其结果如下：
实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度，Mpa 287 292 295
屈服强度，Mpa 241 244 251
断后伸长率，％ 14.3 13.7 14.9
弯曲性能 合格 合格 合格
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材，其特征在于，其组分按重量百分比包括：Mg 0.65-0.82%，Si 0.42-0.58%，Fe 0.04-0.08%，Cu 0.004-0.009%，Mn 0.01-0.05%，Cr0.01-0.05%，Zn 0.1-0.3%，Ti 0.02-0.06%，Zr 0.02-0.06%，Nb 0.1-0.3%，Sc 0.01-0.04%，其它单个杂质元素含量≤0.01%，其它杂质元素总含量≤0.08%，余量为Al；
所述Ti元素和Zn元素满足如下关系：100×nTi=200×nZn-0.27；nTi为Ti元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比，nZn为Zn元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比；
所述Zr元素和Nb元素满足如下关系：100×nZr =200×nNb-0.27；nZr为Zr元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比，nNb为Nb元素在所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材中所占质量百分比；
所述Zn元素、Ti元素的质量比为0.15-0.16：0.03-0.05；
所述Zr元素、Nb元素的质量比为0.03-0.05：0.15-0.16；
所述铝合金型材的具体制备方法包括熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先升温至700-800℃，升温速度为2-8℃/min保温10-20h，降温至500-560℃，保温1-2h，然后降温至200-250℃，降温速度为10-15℃/min，保温4-8h，移至风冷却炉中冷却至室温。
2.一种如权利要求1所述高韧性大型风电塔筒爬梯铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压及人工时效；
均匀化处理过程中，首先升温至700-800℃，升温速度为2-8℃/min保温10-20h，降温至500-560℃，保温1-2h，然后降温至200-250℃，降温速度为10-15℃/min，保温4-8h，移至风冷却炉中冷却至室温。
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