风力发电塔筒用钢Q345FTE/F的正火热处理试验

范巍，童明伟，张开广，孔君华

（武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉 430080）

试验研究

风力发电塔筒用钢Q345FTE/F的正火热处理试验

范巍，童明伟，张开广，孔君华

（武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉 430080）

对采用真空感应炉冶炼，Nb、V、Ti、Ni单一或组合微合金化，控轧控冷工艺开发的风电塔筒用钢Q345FT进行正火处理，试验钢屈服强度均不低于360 MPa，抗拉强度在500 MPa以上，除Ti+Ni系钢的伸长率在27%，其余均在30%以上，符合技术指标要求；除Ti系钢在-60℃冲击功值低外，其余冲击功值均在100 J以上，并且Ti系钢、Ti+Ni系钢、Nb+Ti系钢经正火后，冲击功下降均较为明显，Nb、Nb+Ni、V+Ni系钢冲击功变化不大。应适当下调含Ti系列钢正火温度。

风力发电塔筒用钢；Q345TE/F；正火；力学性能；组织

1 前言

随着对环保的日益重视，以风电为代表的清洁能源倍受青睐。据全球风能理事会的预测，亚洲将继续成为世界上最大的风能市场。从2012年起，5年内将约装机112 GW，且在2017年底总容量将超过200 GW。我国具有丰富的风能资源，尤其在东北、西北、华北地区。据中国可再生能能源学会风能专业委员会的统计数据，2012年我国（不含港澳台）新安装风电机组7 872台，新增风电装机容量1 296万kW，至2012年底，全国累计风电装机保有量53 764台，累计装机容量7 532.4万kW。在钢铁行业整体不景气的情况下，风电市场的复苏和发展，将作为化解产能的有力推手［1］。

风电塔筒的制造需要将钢板卷曲使用，若钢板未进行正火热处理，由于钢板强度的不均匀性，可能会出现卷曲进度不一的现象。而正火热处理能保证钢板各部位组织性能均匀。选择合适的正火热处理工艺对钢板性能和后续加工工艺的制定都有着重大意义。

2 Q345FTE/F钢试制和热处理

2.1 技术要求

风力发电塔筒用钢Q345FTE/F化学成分及性能要求参考GB/T 28410—2012标准，基本化学成分要求见表1。力学性能要求：屈服强度≥345 MPa，抗拉强度470～630 MPa，断后伸长率≥21%；-40℃或-50℃纵向冲击功KV2≥34 J。

表1 Q345FTE/F基本化学成分要求（质量分数）%

2.2 钢的试制

试验所用钢坯在50 kg真空感应炉中冶炼，根据Nb、V、Ti、Ni单一或组合适量添加的方式不同将试验钢分别称为Nb、Ti、Ti+Ni、Nb+Ni、V+Ni、Nb+Ti系钢。表2为试验钢的主要化学成分设计。采用控轧控冷工艺，工艺参数：精轧开轧温度980～900℃，终轧温度800～860℃，开冷温度680～740℃。

表2 试验钢的主要化学成分（质量分数）%

2.3 正火热处理

由于风力发电塔筒用钢常常需要正火状态使用，因此，正火后性能是钢板能否使用的一个重要指标。正火温度按Ac3+（30～50）℃设计［2］，经计算，钢板正火温度约为880℃，炉内保温一段时间后，在空气中冷却。

3 试验结果及分析

3.1 力学性能

对正火热处理后的钢板取样进行横向拉伸、-40℃和-60℃纵向冲击试验。不同成分的试验钢强度与伸长率情况如图1所示，试验钢-40℃和-60℃冲击功如图2所示。

图1 不同成分的试验钢热轧态和正火态拉伸性能

图2 不同成分试验钢热轧态和正火态冲击功

由图1可以看出，正火后，试验钢屈服强度均不低于360 MPa，抗拉强度在500 MPa以上，除Ti+Ni系钢的伸长率在27%，其余均在30%以上，符合技术指标要求。正火后试验钢伸长率均有提高，强度均下降。强度的降低是正火后C、N原子在过饱和铁素体中不断扩散，重新分布，降低了铁素体中C、N原子的过饱和度，从而降低了时效强化作用；Nb、V、Ti的碳氮化物沉淀钉扎位错的作用，经过正火而产生回复，位错密度降低，导致位错对溶质原子的聚集效应减弱。综合作用导致了正火后强度较热轧态时的下降。其中Nb+Ni系钢强度下降最为明显，屈服强度下降149 MPa，抗拉强度下降111 MPa，但伸长率上升最多，提高了10%；而V+Ni系钢正火后性能最为稳定，强度变化最少，伸长率仅有1%的变化。对比上述两个系列试验发现，V的析出强化效果比Nb的好。这应该是因为Nb难溶于奥氏体，在钢坯加热温度较低时，Nb不能全部固溶，弱化了Nb在铁素体中的微细析出效果。

由图2可以发现，除Ti系钢在-60℃冲击功值低外，其余冲击功值均在100 J以上，并且Ti系钢、Ti+Ni系钢、Nb+Ti系钢经正火后，冲击功下降较为明显，Nb、Nb+Ni、V+Ni系钢冲击功变化不大。对含Ti钢而言，正火温度略高，且Nb的阻止组织粗化、细化晶粒的能力要强于Ti，固溶于铁素体的中Ti的脆化作用，会抵消晶粒细化对冲击韧性所起的作用。若在适合的正火温度下，正火后的钢组织均匀，使得冲击性能会大幅提高。若正火温度高，奥氏体长大，晶粒粗化，则冲击性能下降。

3.2 显微组织

对正火前后钢板的组织结构进行光学显微镜观察，结果如图3所示。

图3 试验钢的金相组织

由图3可知，正火前各体系试验钢的组织不尽相同，而经过正火后试验钢的组织均为铁素体+珠光体。对比正火前后发现，组织均匀性改善明显，但晶粒都变粗大，这和前文所述强度性能均下降相呼应。由图3j可以看出，正火Ti系钢晶粒最粗大，这与前文分析的对Ti系钢而言，正火温度略高相印证。应适当下调Ti系列钢的正火温度。

4 结论

4.1 正火后，试验钢屈服强度均不低于360 MPa，抗拉强度在500 MPa以上，除Ti+Ni系钢的伸长率在27%，其余均在30%以上，符合技术指标要求。

4.2 除Ti系钢在-60℃冲击功值低外，其余冲击功值均在100 J以上，并且Ti系钢、Ti+Ni系钢、Nb+Ti系钢经正火后，冲击功下降较为明显，Nb、Nb+Ni、V+Ni系钢冲击功变化不大。

4.3 对含Ti钢而言，正火温度高，奥氏体长大，晶粒粗化，导致试验钢冲击性能下降。应适当下调含Ti系列钢的正火温度。

［1］黄艳玲，刘扬涛，任桂芳，等.国内外风电产业现状及发展趋势［J］.中国有色金属学报，2005，15（2）：150-155.

［2］张轶林，温志红.正火对E级船板性能影响分析［J］.南方金属，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年毕业于武汉科技大学钢铁冶金专业。现为武钢研究院工程师，从事新产品研究开发工作。