[发明专利]风力发电机塔架结构用钢及其生产方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种风力发电机塔架结构用钢及其生产方法，适用于风力发电机塔架钢结构。

背景技术

随着石油、煤炭等传统能源价格的不断上涨，在不断持续的能源紧张中，开发利用新能源是全球面临的一个艰巨任务。风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解目前能源供应困局，其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。

风能，作为一种清洁、可再生能源日益受到人们的青睐，全球风电发展覆盖70多个国家，装机容量每年增长超过30％。2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿千瓦，是2002年世界风电装机容量的38.4倍，年安装量达到1.5亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12％。

风电需求的快速增长及其进一步增长前景带动了风力发电设备行业的壮大，也带动了风力电塔用钢的发展。目前国内主要采用Q235、Q345D、S355K2G3和S355J2G3等钢板制作风力发电机塔架钢结构。周兰聚、徐洪庆、李洪春在“电站风塔低温用钢板的研制”(《炼钢》，2001年4月，第17卷，第2期)中介绍了S355K2G3、S355J2G3和Q345D钢板的研制，主要根据EN10025和GB/T1591-94两个标准，采取添加0.02-0.06％的微合金元素V提高钢板的强韧性。S355K2G3钢板的-30℃纵向冲击功≥27J，Q345D钢板的-20℃纵向冲击功≥34J。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机塔架结构用钢，该钢在C-Mn钢基础上添加Nb微合金元素，采用控轧控冷技术，通过发挥微合金元素细化晶粒的作用，即可生产出具有优良低温冲击韧性，-40℃Akv值不低于54J的铁素体+珠光体钢板。

本发明的目的可以通过如下措施来实现：

风力发电机塔架结构用钢的化学成分按重量百分比为C：0.12-0.17％、Si：0.20～0.55％、Mn：1.10～1.60％、P：≤0.020％、S：≤0.015％、Alt(全铝)：0.015～0.050％、Nb：≤0.050％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

风力发电机塔架结构用钢的组织为铁素体+珠光体。

生产风力发电机塔架结构用钢的生产方法，包括冶炼、轧制，采用以下步骤：

(1)采用传统的冶炼连铸工艺，无需RH或VD真空处理，控制铸坯P≤0.020％、S≤0.015％、[O]≤30ppm、[N]≤60ppm；

(2)采用两阶段控制轧制，奥氏体再结晶区开轧温度为≥1020℃，加大道次压下量；奥氏体未再结晶区开轧温度≤950℃，轧制总压下率≥60％，终轧温度控制在790～850℃；

(3)终冷温度控制在650～700℃范围之间，冷却速度控制在3～10℃/s，无需采用热处理工艺，控冷后钢板空冷至室温。

目前国内外主要普遍采用添加V等微合金元素，通过RH或VD等精炼工艺、热处理等手段来生产优良低温冲击韧性风力发电机塔架钢结构用钢。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明坚持低成本的生产路线，无需RH或VD等精炼工艺和热处理工艺，仅在C-Mn钢基础添加Nb，成本比国内现有技术节省200元左右，不但降低成本，而且节约资源。

2、本发明中微合金元素Nb含量≤0.050％。Nb是本发明中重要的细化晶粒的元素，Nb与C和N结合形成Nb(C，N)化合物来影响钢的组织和性能。Nb的碳氮化物由于具有较高的固溶温度，可以抑制钢坯加热过程中奥氏体晶粒粗化，从而细化奥氏体晶粒。其次，Nb元素可以提高奥氏体再结晶温度，扩大奥氏体未再结晶区，增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积，达到细化铁素体晶粒的目的。

3、本发明无需轧后热处理的条件下，通过控制轧制控制冷却工艺，减少生产工艺，降低成本。主要是Nb元素可以提高奥氏体再结晶温度，扩大奥氏体未再结晶区，控制奥氏体未再结晶区的开轧温度和加大累积压下量，增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。适当提高冷却速度使相变核增加，相变后的晶粒成长受到抑制，铁素体晶粒得到细化。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

表1列出了本发明用于生产具有优良低温冲击韧性风力发电机塔架钢结构用钢的化学成分。生产方法如下：在某钢厂采用低S铁水或铁水脱硫、210t转炉冶炼、LF炉精炼，处理后使钢中的化学成分如表1所示，余量为Fe及不可避免的夹杂。再将表1要求的钢水浇铸成220～250mm×1600～1800mm断面的板坯，送至中厚板厂。

表1钢的化学成分，wt％