Page 136 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl230602

S355NL 钢风电法兰锻件低温冲击韧性不良的原因

张泽晨，曹铁山，赵 杰，吕德超，程从前
（大连理工大学材料科学与工程学院，大连 116024）

摘 要： 某厂生产的某批次S355NL钢风电法兰锻件的−50 ℃冲击吸收能量较低且波动较大，通
过对比不合格和合格法兰锻件的力学性能、断口形貌、显微组织，结合生产工艺分析了其低温冲击
韧性不良的原因。结果表明：不合格法兰锻件冲击断口呈脆性断裂特征，纤维断面率几乎为0，在冲
击过程中裂纹的扩展路径较平直，而合格法兰锻件冲击断口呈韧性和脆性混合断裂形貌，纤维断面
率为60%，裂纹扩展路径更加曲折。正火温度偏高、在炉加热时间较长而导致的晶粒粗大、晶粒尺
寸分布不均匀是S355NL钢风电法兰锻件低温冲击韧性不良的主要原因，组织中不均匀分布的珠光
体也是法兰锻件韧性降低的原因之一。
关键词： S355NL钢法兰锻件；低温冲击韧性；显微组织；断口形貌
中图分类号：TG142.41 文献标志码：B 文章编号：1000-3738（2025）03-0128-07

0 引 言 一批次的法兰锻件产品合格， −50 ℃冲击吸收能
量在 176~189 J，满 足EN10025-3：2019 标准要求
在“双碳”背景下，风电行业得到高速发展。高
（ −50 ℃冲击吸收能量不低于27 J）。2批法兰锻件
［1］
纬度海上区域风力资源丰富 ，同时其环境温度可
均采用同一原料铸坯生产，化学成分（质量分数/%）
［2］
达到− 40 ℃ ，因此风塔除承受着复杂的交变载
均 为 0.16C，0.22Si，1.30Mn，0.01P，0.01S，0.02Ni，
荷之外，还承受一定的低温冲击载荷；低温冲击韧
0.13Cr，0.01Mo，0.01Cu，0.04Al，0.02V，0.02Nb，满
性是风塔关键部件需要重点关注的性能之一。在
足EN10025-3：2019标准中S355NL钢成分要求，尺
风力发电机组塔架上，法兰锻件通常选择S355NL
寸均为ϕ4 660 mm×ϕ4 460 mm×330 mm。作者对
钢，该钢为欧洲标准的低合金高强度钢，相当于国标
不合格法兰锻件进行一系列理化检验，并与合格法兰
Q355NE钢，具有强度高、塑性和抗低温冲击性能良
锻件进行对比，分析了其低温冲击韧性不良的原因。
好的特点。然而在某企业的实际生产检验过程中经
常出现S355NL钢法兰件冲击吸收能量偏低或严重 1 理化检验及结果
波动的问题，产品质量以及生产效率不稳定。通常
1.1 显微组织
钢的韧性会受到磷、硫等元素在晶界处偏聚 ［3］ 以及
在不合格法兰锻件和合格法兰锻件上分别截取
组织类型、夹杂物的数量和状态以及晶粒尺寸的影
金相试样，经研磨、抛光后，采用Leica DMIL LED
［4-5］
响 。目前，有关S355NL钢低温韧性的研究多集
型光学显微镜观察夹杂物形貌，再经体积分数 4%
中在温度以及工艺参数的影响方面 ［1，6-7］ ，分析对象
硝酸乙醇溶液腐蚀后，进行显微组织观察，并利用
多为轧制钢板 ［5，8］ 。轧制钢板的生产工艺与大型法
Image J软件对珠光体含量进行统计。由图1可见，
兰锻件存在较大差异，影响其低温韧性的因素也有
合格试样与不合格试样中均存在少量非金属夹杂
所不同。因此，有必要对S355NL钢风电法兰锻件
物，夹杂物颗粒较细小，未观察到夹杂物聚集现象。
低温韧性不良的原因展开研究。
按照GB/T 10561—2005对非金属夹杂物级别进行
检测发现，某厂生产的某批次S355NL钢风
评定，合格试样的非金属夹杂物级别为D1.0，不合
电法兰锻件的合格率较低， −50 ℃冲击吸收能量
格试样的非金属夹杂物级别为D1.0e。可知，不合格
在 9~139 J，波动较大，而相同工艺流程生产的另
试样在非金属夹杂物含量及分布上未见明显异常。
由图2可见，合格试样和不合格试样的显微组织
收稿日期：2023-12-21；修订日期：2024-09-05
均主要由铁素体（灰白色）和珠光体（黑色）组成。合
作者简介： 张泽晨（1998—），女，河北唐山人，硕士研究生
导师： 曹铁山副教授 格试样的组织均匀，晶粒细小，细小的珠光体弥散分
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