[发明专利]一种用于海上风电设备的材料及工件的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料中合金元素、微量元素的含量及热处理工艺和法兰环制作工艺，具体涉及一种满足海上高盐雾腐蚀、高强度低合金结构钢；主要用于加工海上风电机组的塔架法兰及塔体等结构件，属于黑色金属合金材料领域。

背景技术

我国能源结构及能源可持续发展必须满足国民经济可持续发展的要求，为此，大力发展我国风电能源建设是当务之急。《国家能源科技“十二五”规划》中着重提出了风机大型化的要求，未来五年研制具有自主知识产权的6~10兆瓦陆地及近海风电机组的整机制造技术是一个崭新的课题，我国第一个国家海上风电示范项目，上海东海大桥10万千瓦项目是一个海上风电发展里程碑。

由于海上风电机组大型化时代的到来，从而对海上风力发电关键技术与重要配套部件新材料提高更高要求，如大型风电机组关键部件塔架及其法兰用钢，在沿海极端天气情况下，经受台风、强风沙、低温及高盐雾恶劣环境考验，为了满足上述使用条件下要求，对其所用钢材提出更严苛的技术指标。

大型风电发电机的塔筒是由若干段筒体通过法兰连接而成，目前塔筒法兰的外经多为φ2000~φ6000mm，也有超过φ6000mm的，其法兰的直径应与塔筒的直径相对应，法兰的厚度一般在50~230mm，也有超过300mm以上的，法兰的壁厚一般在80~300mm，有的可达到450mm；大型风电发电机的塔筒法兰的整体重量在800~5000kg，重的可达8000 kg。

目前用于连接大型风电塔筒的法兰，使用的材料都选用Q345钢EN10113-ZS355NL牌号，相当于我国16Mn低合金结构钢，强度较低，能否满足海上高盐雾腐蚀环境下的使用要求还需要通过实践来检验。

Q345E钢风电塔架法兰主要技术规范如下：

1、Q345E牌号化学成分应符合GB/T1591-2008; 碳当量（CEV）<0.43；根据下列公式：CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

2、锻件锻造比不小于4:1，锻造后正火处理；

3、磁粉探伤依据JB4730-2005一级合格100%检测； 

4、力学性能：

     拉伸试验GB/T228、冲击试验GB/T229，同时满足以下指标：（ 厚度：100～150mm）

屈服强（Rel）/MPa抗拉强度（Rm）/MPa断后伸长率（A）%冲击吸收能量/J（-40℃）≥285≥470≥19≥40

5、晶粒度试验

    依据GB/T6394-2002检测，级别为N≥6。

综上所述Q345E钢远远满足不了大型化海上风电塔架及其塔筒法兰的技术要求，理由如下：

a、力学性能欠佳，随着风电机组大型化，塔架高度增加至90m以上，法兰厚度增加至100~260mm，显然Q345E钢抗拉强度偏低；

b、Q345E钢低温塑韧性较低，-60℃冲击值达不到40J以上；

c、Q345E钢是Mn（锰）含量较高的低合金结构钢，众所周知，Mn元素是不耐腐蚀的，而且对抗腐蚀起负作用，Q345E钢耐腐蚀性能还不如Q235E低碳钢。

因此，为了适应海上风力发电机塔筒连接法兰的特殊需要，有必要对现有Q345E低碳钢的材质及其工艺进行改进。

发明内容