風力發電塔筒用鋼Q345FTE/F的正火熱處理試驗

范巍，童明偉，張開廣，孔君華

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院，湖北武漢 430080）

試驗研究

風力發電塔筒用鋼Q345FTE/F的正火熱處理試驗

范巍，童明偉，張開廣，孔君華

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院，湖北武漢 430080）

對采用真空感應爐冶煉，Nb、V、Ti、Ni單一或組合微合金化，控軋控冷工藝開發的風電塔筒用鋼Q345FT進行正火處理，試驗鋼屈服強度均不低于360 MPa，抗拉強度在500 MPa以上，除Ti+Ni系鋼的伸長率在27%，其余均在30%以上，符合技術指標要求；除Ti系鋼在-60℃沖擊功值低外，其余沖擊功值均在100 J以上，并且Ti系鋼、Ti+Ni系鋼、Nb+Ti系鋼經正火后，沖擊功下降均較為明顯，Nb、Nb+Ni、V+Ni系鋼沖擊功變化不大。應適當下調含Ti系列鋼正火溫度。

風力發電塔筒用鋼；Q345TE/F；正火；力學性能；組織

1 前言

隨著對環保的日益重視，以風電為代表的清潔能源倍受青睞。據全球風能理事會的預測，亞洲將繼續成為世界上最大的風能市場。從2012年起，5年內將約裝機112 GW，且在2017年底總容量將超過200 GW。我國具有豐富的風能資源，尤其在東北、西北、華北地區。據中國可再生能能源學會風能專業委員會的統計數據，2012年我國（不含港澳臺）新安裝風電機組7 872臺，新增風電裝機容量1 296萬kW，至2012年底，全國累計風電裝機保有量53 764臺，累計裝機容量7 532.4萬kW。在鋼鐵行業整體不景氣的情況下，風電市場的復蘇和發展，將作為化解產能的有力推手［1］。

風電塔筒的制造需要將鋼板卷曲使用，若鋼板未進行正火熱處理，由于鋼板強度的不均勻性，可能會出現卷曲進度不一的現象。而正火熱處理能保證鋼板各部位組織性能均勻。選擇合適的正火熱處理工藝對鋼板性能和后續加工工藝的制定都有著重大意義。

2 Q345FTE/F鋼試制和熱處理

2.1 技術要求

風力發電塔筒用鋼Q345FTE/F化學成分及性能要求參考GB/T 28410—2012標準，基本化學成分要求見表1。力學性能要求：屈服強度≥345 MPa，抗拉強度470～630 MPa，斷后伸長率≥21%；-40℃或-50℃縱向沖擊功KV2≥34 J。

表1 Q345FTE/F基本化學成分要求（質量分數）%

2.2 鋼的試制

試驗所用鋼坯在50 kg真空感應爐中冶煉，根據Nb、V、Ti、Ni單一或組合適量添加的方式不同將試驗鋼分別稱為Nb、Ti、Ti+Ni、Nb+Ni、V+Ni、Nb+Ti系鋼。表2為試驗鋼的主要化學成分設計。采用控軋控冷工藝，工藝參數：精軋開軋溫度980～900℃，終軋溫度800～860℃，開冷溫度680～740℃。

表2 試驗鋼的主要化學成分（質量分數）%

2.3 正火熱處理

由于風力發電塔筒用鋼常常需要正火狀態使用，因此，正火后性能是鋼板能否使用的一個重要指標。正火溫度按Ac3+（30～50）℃設計［2］，經計算，鋼板正火溫度約為880℃，爐內保溫一段時間后，在空氣中冷卻。

3 試驗結果及分析

3.1 力學性能

對正火熱處理后的鋼板取樣進行橫向拉伸、-40℃和-60℃縱向沖擊試驗。不同成分的試驗鋼強度與伸長率情況如圖1所示，試驗鋼-40℃和-60℃沖擊功如圖2所示。

圖1 不同成分的試驗鋼熱軋態和正火態拉伸性能

圖2 不同成分試驗鋼熱軋態和正火態沖擊功

由圖1可以看出，正火后，試驗鋼屈服強度均不低于360 MPa，抗拉強度在500 MPa以上，除Ti+Ni系鋼的伸長率在27%，其余均在30%以上，符合技術指標要求。正火后試驗鋼伸長率均有提高，強度均下降。強度的降低是正火后C、N原子在過飽和鐵素體中不斷擴散，重新分布，降低了鐵素體中C、N原子的過飽和度，從而降低了時效強化作用；Nb、V、Ti的碳氮化物沉淀釘扎位錯的作用，經過正火而產生回復，位錯密度降低，導致位錯對溶質原子的聚集效應減弱。綜合作用導致了正火后強度較熱軋態時的下降。其中Nb+Ni系鋼強度下降最為明顯，屈服強度下降149 MPa，抗拉強度下降111 MPa，但伸長率上升最多，提高了10%；而V+Ni系鋼正火后性能最為穩定，強度變化最少，伸長率僅有1%的變化。對比上述兩個系列試驗發現，V的析出強化效果比Nb的好。這應該是因為Nb難溶于奧氏體，在鋼坯加熱溫度較低時，Nb不能全部固溶，弱化了Nb在鐵素體中的微細析出效果。

由圖2可以發現，除Ti系鋼在-60℃沖擊功值低外，其余沖擊功值均在100 J以上，并且Ti系鋼、Ti+Ni系鋼、Nb+Ti系鋼經正火后，沖擊功下降較為明顯，Nb、Nb+Ni、V+Ni系鋼沖擊功變化不大。對含Ti鋼而言，正火溫度略高，且Nb的阻止組織粗化、細化晶粒的能力要強于Ti，固溶于鐵素體的中Ti的脆化作用，會抵消晶粒細化對沖擊韌性所起的作用。若在適合的正火溫度下，正火后的鋼組織均勻，使得沖擊性能會大幅提高。若正火溫度高，奧氏體長大，晶粒粗化，則沖擊性能下降。

3.2 顯微組織

對正火前后鋼板的組織結構進行光學顯微鏡觀察，結果如圖3所示。

圖3 試驗鋼的金相組織

由圖3可知，正火前各體系試驗鋼的組織不盡相同，而經過正火后試驗鋼的組織均為鐵素體+珠光體。對比正火前后發現，組織均勻性改善明顯，但晶粒都變粗大，這和前文所述強度性能均下降相呼應。由圖3j可以看出，正火Ti系鋼晶粒最粗大，這與前文分析的對Ti系鋼而言，正火溫度略高相印證。應適當下調Ti系列鋼的正火溫度。

4 結論

4.1 正火后，試驗鋼屈服強度均不低于360 MPa，抗拉強度在500 MPa以上，除Ti+Ni系鋼的伸長率在27%，其余均在30%以上，符合技術指標要求。

4.2 除Ti系鋼在-60℃沖擊功值低外，其余沖擊功值均在100 J以上，并且Ti系鋼、Ti+Ni系鋼、Nb+Ti系鋼經正火后，沖擊功下降較為明顯，Nb、Nb+Ni、V+Ni系鋼沖擊功變化不大。

4.3 對含Ti鋼而言，正火溫度高，奧氏體長大，晶粒粗化，導致試驗鋼沖擊性能下降。應適當下調含Ti系列鋼的正火溫度。

［1］黃艷玲，劉揚濤，任桂芳，等.國內外風電產業現狀及發展趨勢［J］.中國有色金屬學報，2005，15（2）：150-155.

［2］張軼林，溫志紅.正火對E級船板性能影響分析［J］.南方金屬，2013（2）：17-19.

Research on Normalizing Process of Q345FTE/F Steel for Wind Power
Generation Tower

FAN Wei,TONG Mingwei,ZHANG Kaiguang,KONG Junhua

（The Research and Development Center of WISCO,Wuhan 430080,China）

Q345FTE/F used in wind turbine tower were produced by controlled rolling and controlled cooling technology with single or combination of Nb,V,Ti and Ni in vacuum induction furnace.After normalizing,the yield strength and tensile strength of the steel is more than 360 MPa and higher than 500 MPa respectively.The elongation of test steel is above 30%except Ti+Ni series steel(that has the elongation 27%),they all can meet the technical requirements.The impact energy values of Ti series steel at-60℃is less than 100 J.After normalizing,the impact energy values of Ti,Ti+Ni and Nb+Ti series steel decreased significantly,however,that of Nb,Nb+Ni and V+Ni series steels almost unchanged.The normalizing temperature is slightly higher for Ti series steel which cause austenite grain coarsening,and the impact energy values decreased.It is necessary to reduce the normalizing temperature.

wind power generation tower steel;Q345FTE/F;normalizing;mechanical property;microstructure

TG162.8+3；TG142.1

A

1004-4620（2015）01-0031-03

2014-09-02

范巍，男，1987年生，2012年畢業于武漢科技大學鋼鐵冶金專業?，F為武鋼研究院工程師，從事新產品研究開發工作。