风电装备领域自由锻环形锻件技术要点与制造实践 —— 山西永鑫生重工股份有限公司

风电产业作为我国新能源战略重要组成部分，陆上风电持续迭代，海上风电向着单机大容量方向快速发展，15MW、20MW 等级大型海上风机逐步进入商业化应用阶段。风机单机容量不断提升，设备部件尺寸、载荷同步增大，对环形锻件的低温韧性、抗疲劳性能、组织均匀性、残余应力控制提出越来越严苛的技术要求。风电装备中的塔筒法兰、轴承环、齿轮箱环件等环形锻件，属于整机核心承力构件，长期承受风载带来的交变循环载荷，陆上机组需要适应冬季低温环境，海上机组还要面对盐雾腐蚀、海浪冲击，一旦环形锻件出现质量缺陷，会带来风机停机，甚至重大安全事故。山西永鑫生重工股份有限公司依托自有大型液压锻造设备，采用自由锻镦粗冲孔芯轴扩孔工艺路线，专注风电领域大型环形锻件定制生产，为风电主机企业提供稳定可靠的锻件配套服务。

风电环形锻件服役工况有着鲜明特点。陆上风电项目冬季环境温度可达到30℃甚至40℃，锻件必须具备优良低温冲击韧性，避免低温脆性断裂；海上风电除低温冲击之外，还要面对高湿度盐雾腐蚀环境；风机运行过程中风向风速不断变化，环形锻件持续承受循环交变载荷，疲劳失效是主要失效形式，这就要求锻件内部不能存在疏松、夹杂、裂纹等各类缺陷，晶粒组织均匀，残余应力控制在较低水平，金属流线连续完整。大型风机环形锻件外径不断增大，大尺寸带来制造难度成倍提升，锻件截面厚度增加之后，锻造过程锻透难度加大，热处理环节内外冷却速率差异容易造成组织性能不均，椭圆变形、壁厚差超标也是大型环件制造常见难点，需要从锻造、热处理、机加工全流程进行工艺管控。

常用风电环形锻件材质主要有 Q355D、Q355E、42CrMo、S355NL 等，不同牌号针对不同使用环境。低温环境优先选用高韧性牌号，保证40℃低温冲击满足技术指标要求。原材料质量把控是第一道关口，永鑫生重工选用优质钢厂钢锭，进厂之后开展光谱分析、力学性能、原材料探伤，严格把控有害元素含量，降低硫磷杂质，减少非金属夹杂物，夹杂物级别超标会直接降低锻件疲劳寿命，是风电锻件质量管控重点。根据成品规格合理设计锻造坯料，保证足够锻造比，大截面风电环形锻件必须保证钢锭心部得到充分压实，消除铸态疏松缺陷，这是保障锻件抗疲劳性能的基础。

锻造阶段采用自由锻镦粗、冲孔、芯轴扩孔成型。镦粗工序充分压实钢锭内部组织，冲孔保证对中性，降低后续扩孔产生的壁厚偏差；芯轴扩孔过程分多道次小变形完成，控制每道次压下量，防止局部应力集中产生开裂，全程监控环件圆度、壁厚均匀性，及时调整操作工艺，控制毛坯椭圆度。严格把控终锻温度，温度过高晶粒粗大，造成韧性下降；温度过低塑性不足，锻造易产生表面裂纹。锻造完成后及时进行正火处理，细化晶粒，释放锻造应力，改善内部金相组织，为后续调质热处理做好准备。

热处理是风电环形锻件性能激活的关键工序。风电锻件大多采用调质处理，淬火加高温回火，获得强韧性匹配良好的回火索氏体组织。大直径厚截面风电环形锻件淬火环节难度很高，截面厚度大，内外冷却速度差异大，如果冷却工艺设计不合理，会出现心部淬不透，心部强度、韧性不达标，内外性能差距过大的问题。永鑫生重工针对大尺寸风电环形锻件，优化淬火冷却工艺，控制冷却介质温度、冷却时间，严格把控回火温度与保温时长，保证锻件整体硬度均匀，拉伸强度、屈服强度、延伸率、低温冲击韧性全部满足图纸标准要求。热处理完成之后，必须取样开展低温冲击试验，模拟实际服役低温工况，验证锻件低温抗冲击能力。

机加工环节，采用大型数控立车加工，严格把控法兰密封面平面度、粗糙度、内外径尺寸、圆度、同轴度，法兰螺栓孔位置精度，密封面质量直接关系风机塔筒装配之后密封性能。精加工完成之后开展全面无损检测，超声波探伤排查内部缺陷，磁粉探伤排查表面、近表面微裂纹，按照风电行业相关标准开展验收，不允许存在危害性缺陷。同时做好尺寸全检，做好每一件产品的记录归档，实现产品可追溯。

海上风电工况更为苛刻，除力学性能之外，还需要考虑腐蚀防护，除锻件本体性能达标之外，还会配合客户完成表面防腐处理，提升抗盐雾腐蚀能力。同时海上风电项目对锻件重量、尺寸公差管控更加严格，减少现场装配难度。

   当前风电行业向着大型化持续迈进，环形锻件直径不断刷新，制造挑战持续升级。山西永鑫生重工股份有限公司凭借三十余年锻造技术积累，依靠万吨级液压机装备，完整锻造热处理机加工检测一体化产线，采用自由锻整体成型工艺，可承接各类非标、大规格风电环形锻件定制，严格遵循风电行业质量规范，提供完整材质报告、热处理报告、探伤报告，支持客户进厂监造，为国内陆上、海上风电项目提供高可靠性环形锻件，助力我国新能源产业高质量发展。

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