[发明专利]一种风电塔低温用钢板及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于低碳微合金钢领域，尤其涉及一种低温韧性优良的风电塔用热轧钢板及其生产方法。

背景技术

风能是取之不尽、用之不竭、洁净无污染的可再生能源，发展风力发电对调整能源结构、减轻环境污染、解决能源危机等方面有非常重要的意义。中国的风能资源丰富，全国10m高度可开发利用的风能储量超过10亿kW，仅次于美国、俄罗斯居世界第三位。在我国，风能资源富集区主要分布在内蒙、东北、西北、华北及东南沿海地区。其中内蒙、东北及西北地区属于高寒地区，海拔高度可达2000m，常年最低气温可达-40℃以下。冬季时间漫长，低温延续时间达4～6个月。

2003年至今，在国家政策的扶持和鼓励下，风力发电场建设速度迅猛，风电制造业得到发展壮大，同时也带动了风电用钢的发展。风力发电塔的塔架以及风塔门框都需要用厚规格钢板来制造，以稳定支撑数十米高的风力发电机和旋转叶片。建设在高寒地区的风力发电塔，要长时间在低温环境下承受包括大型叶片旋转和自然风带来的多方向作用力。这就要求塔架及门框钢板既要有较高的强度又要有优良的低温韧性。

当前建设风力发电塔应用的钢板主要是国标GB/T 1591的Q345系列(如Q345D和Q345E)以及欧标EN 10025的S355系列(如S355J2和S355K2)。对于低温韧性要求较高、厚度在30mm以上的Q345系列和S355系列钢板，传统的生产方式都是在热轧后进行正火热处理，以达到组织均匀化和改善低温韧性的目的。由于热处理生产效率较低、能耗较高，近些年则应用控制轧制与控制冷却的方法，控制钢板的终轧温度、随后将钢板冷却到一定温度区间，实现组织控制和细化晶粒，并获得低温冲击韧性良好的钢板，从而省去了离线热处理的环节。例如，专利CN101407888A提供了一种厚度在10～40mm之间的风力发电机塔架结构用钢及其生产方法，钢板生产时采用两阶段控制轧制，并采用轧后控制冷却工艺，纵向-40℃冲击性能大于54J。但是经过控制冷却的钢板内部存在较大的残余应力，对于厚规格钢板，残余应力不易完全释放，不利于后续对钢板的加工。又如，论文“电站风塔低温用钢板的研制”(《炼钢》2001，p58～62)中提到了三种风电塔低温用钢板，钢板生产中只采用控制轧制，不用轧后控制冷却和热处理，但钢板厚度仅限于8～30mm之间，横向-30℃低温韧性水平在35～90J，并且通过添加0.02％～0.06％的V元素提高强韧性，生产成本较高。

以上专利文献公开的建设风电塔用钢板，均没有提及温度低于-40℃的冲击性能，并且有的需要控制冷却，有的不用控制冷却，但添加V元素，生产成本较高。

发明内容

为了满足在高寒地区建设风力发电塔的需求，提高风电塔在长时间低温环境下运行的安全性和稳定性，简化风电塔架及门框钢板的生产流程，特别设计了一种低温冲击韧性优良的风电塔用钢板及其生产方法。

本发明的风电塔低温用钢板，其特征在于，钢板的厚度规格为30～50mm。钢的化学成分重量百分比为：C：0.14％～0.17％，Si：0.25％～0.40％，Mn：1.35％～1.50％，P：≤0.020％，S：≤0.005％，Als：0.020％～0.045％，Nb：0.02％～0.04％，Ti：0.005％～0.015％，余量为铁和不可避免的杂质。主要组成成分的作用如下：

碳：钢中最基本最经济的强化元素，对于厚规格钢板，为保证厚度方向的强度均匀性，碳含量不宜过低；另一方面，碳含量的增加对材料的韧性和焊接性有负面影响，所以，碳含量不能过高，本发明认为碳含量控制在0.14％～0.17％较为适宜。

硅：可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，本发明认为硅含量控制在0.25％～0.40％为宜。

锰：可以起到固溶强化作用，还可以降低钢的γ→α相变温度，有助于细化晶粒。锰与硫结合形成MnS，可以降低钢的脆性转变温度。但是锰含量过高会加速控轧钢板的中心偏析，引起钢板性能的各项异性，对韧性不利。本发明认为锰含量应控制在1.35％～1.50％。

铌：可以延迟奥氏体的再结晶，降低相变温度，晶粒细化作用显著，并可以改善低温韧性。铌通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的性能。但是铌含量过高会影响韧性和焊接性。本发明设计的铌含量为0.02％～0.04％。