一种提高大口径碳钢铸辗法兰件性能的工艺方法
【专利摘要】一种提高大口径碳钢铸辗法兰件性能的工艺方法，属于法兰件生产【技术领域】，其特征在于包括以下工艺步骤：(1)铸环坯均质处理，即铸环坯在加热炉内分预热、加热和均热三段加热；（2）高压水除鳞；（3）在辗环机上进行扩孔，扩孔工艺为：①径向加速辗扩，②轴向加速辗扩，③稳定辗扩，④减速和精整辗扩；（4）辗后控制冷却。本发明优点是通过对变形量和温度的控制实现材料的微观组织转变，有效提高由铸环坯辗扩成形大口径碳钢法兰的性能，同时，本发明工艺具有低成本高效率的优点。
【专利说明】一种提高大口径碳钢铸辗法兰件性能的工艺方法
[0001]
【技术领域】
本发明属于法兰件生产【技术领域】，具体涉及一种提高大口径碳钢铸辗法兰件性能的工艺方法。
[0002]
【背景技术】
法兰类环形零件是工业基础零件，在风电、核电、石油、化工、航天、天然气等行业有着十分广泛的应用。近年来，管道工程、风电技术和石油化工的快速发展对法兰件的需求量急剧增加，尺寸也逐渐向巨型化发展。目前生产大口径法兰件的主要工艺方法是热辗扩，即将加热的环坯在辗扩机成形辊的作用下，产生径向壁厚减小、内外直径扩大、轴向高度减小的连续局部塑性变形(见图1)。热辗扩用环坯制备方法通常为:冶炼钢锭一开坯一下料一加热一镦粗一拔长一冲孔。制备的环坯经过了开坯和锻造工艺，其内部组织致密均匀，经热辗扩后的法兰具有良好的机械性能，但这种制坯工艺存在生产效率低，材料损耗大，粉尘污染严重，能源动力消耗高等问题。专利号为ZL201010132491.7《一种利用铸坯辗扩成形大型环件的方法》提出了用铸造工艺制备环坯，即直接将铸坯辗扩成大型环件的新技术，从而实现大型环件的短流程精确生产。《机械工程学报》中的《42CrMo钢铸造环坯辗扩成形理论与工艺分析》，《基于铸坯的42CrMo轴承环件辗扩成形工艺与试验》和《轴承》中的《42CrMo轴承套圈毛坯的铸辗复合成形》对铸辗复合成形轴承进行了的研究。研究表明铸辗复合成形环件是一种行之有效的工艺，可节材2(Γ30%，节能30%，因此用铸环坯直接辗扩成形大口径法兰的新技术可以使低成本、高效生产的法兰在市场上具有很强的竞争优势。但用新技术生产大口径法兰所要解决的一项关键技术是铸辗法兰件的微观组织性能控制方法。锻环坯经过了开坯、镦粗和冲孔工艺，材料的偏析、疏松和塑性得到极大改善，成形的法兰也就具有良好的微观组织结构，而铸环坯的晶粒粗大，材料存在组织偏析和疏松，常规辗扩技术成形的法兰力学性能很难达到工业使用要求。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种提高大口径碳钢铸辗法兰件性能的工艺方法，可有效地解决现有技术中存在的缺点。
[0004]本发明是这样实现的，其特征在于工艺步骤为:
步骤一:铸环坯均质处理:
将室温的铸环坯用吊具放入环形加热炉中，坯料在炉内分三段加热:预热段温度80(Tl000°C，加热时间90分钟，一加热段温度115(Tl250°C，加热时间120分钟，一均热段温度1200°C，加热时间30分钟；
步骤二:高压水除磷:
将水温1(T20°C、水压15?18MPa、流量4(T60m3/h、喷射距离100?150臟，喷射角20°?25°的高压水向整个环坯冲击射流，高压水除磷后环坯温度为105(Γ1100? ；
步骤三:控制辗扩成形:
将铸环坯用吊具放入图1所示的数控辗环机内进行扩孔，芯辊4转速为30转/分，锥辊5转速为49.7转/分，初辗温度为105(Tll00°C，终辗温度为85(T900°C ； 其辗扩工艺如下:
(1)径向加速辗扩:芯辊4径向进给3?4mm/S，锥辊5轴向进给为零，使内径增长为总量的 40%?50% ；
(2)轴向加速辗扩:芯辊4径向进给0.5?lmm/s，锥辊5轴向进给1.5^2.5mm/s，使轴向高度下降40%?50% ；
(3)稳定辗扩:芯棍4径向进给2?3mm/s,锥棍5轴向进给0.5^1mm/s,内径增长为总量的35%?40%，轴向变形达到轴向变形总量；
(4)减速和精整辗扩:芯辊4径向进给0.Γ0.5mm/s，锥辊5轴向进给为零，完成整个环件的变形；
步骤四:辗后控制冷却:
环件在径向和轴向进给均为零的条件下在辗扩机上保持旋转，用高压水直接冷却淬火，开冷温度85(T90(TC，终冷温度65(T70(TC，冷速1(T2(TC /s,水压0.5?IMPa，流量18(T300mVh，喷射距离150_200mm，喷射时间12?15s ;而后，用吊具将冷却至65(T700°C的成形法兰件移出辗环机，并堆垛空冷至室温。
[0005]本发明优点及积极效果是有效解决了在应用铸辗复合成形工艺生产大口径碳钢法兰件时，通过对变形量和温度参数的精确控制实现材料微观组织转变的问题，从而达到材料成形组织性能控制的目的。本发明的控辗控冷技术生产的大口径铸辗碳钢法兰具有低成本高性能高效生产的优点，在法兰市场具有很强的竞争力。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是环件径-轴向辗扩示意图。
[0007]图2是图1的俯视图。
[0008]图中:1-驱动辊 2-铸环坯 3-导向辊 4-芯辊 5-锥辊。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示材质Q345B的铸环，其外径740mm,内径380mm,高度185mm,通过环件径-轴向辗扩机应用控辗控冷辗扩成形，达到外径1550mm，内径1306mm，高度105mm。其工艺步骤为:
①环形加热炉加热铸环:预热段温度900°C，加热时间90min，一加热段温度1250°C，加热时间为120min，一均热段温度1200°C，加热时间30min ；
②用高压水向整个环坯喷射除磷:水温20°C，水压15MPa，流量50mVh，喷射距离150mm，喷射角20°，高压水除鳞后环坯温度为1050°C ；
③将除磷后的环坯放入数控辗环机内进行扩孔，辗扩工艺如下:芯辊4径向进给4mm/s,锥棍5轴向进给零,辗扩50s,内径达到780mm ;芯棍4径向进给lmm/s,锥棍5轴向进给2mm/s,辗扩20s,内径达到820mm,高度达到145mm ;芯棍4径向进给2.5mm/s,锥棍5轴向进给0.5mm/s,辗扩80s,内径达到1220mm,高度达到105mm ;芯棍4径向进给lmm/s,锥棍5轴向进给零，辗扩43s,环件尺寸达到外径1550mm,内径1306mm,高度105mm ；
④环件在径向和轴向进给均为零的条件下保持旋转，用高压水直接冷却淬火:水压0.7MPa，流量230m3/h，喷射距离150mm，喷射时间12s ;而后，用吊具将冷却至680°C的成形法兰移出辗环机，并堆垛空冷至室温。
【权利要求】
1.一种提高大口径碳钢铸辗法兰件性能的工艺方法，其特征在于工艺步骤是: 步骤一:铸环坯均质处理: 将室温的铸环坯用吊具放入环形加热炉中，坯料在炉内分三段加热:预热段温度80(Tl000°C，加热时间90分钟，一加热段温度115(Tl250°C，加热时间120分钟，一均热段温度1200°C，加热时间30分钟； 步骤二:高压水除磷: 将水温1(T20°C、水压15?18MPa、流量4(T60m3/h、喷射距离100?150臟，喷射角20°?25°的高压水向整个环坯冲击射流，高压水除磷后环坯温度为105(Γ1100? ； 步骤三:控制辗扩成形: 将铸环坯用吊具放入数控辗环机内进行扩孔，芯辊(4 )转速为30转/分，锥辊(5 )转速为49.7转/分，初辗温度为105(Tll00°C，终辗温度为85(T900°C ； 其辗扩工艺如下: (1)径向加速辗扩:芯辊(4)径向进给3?4mm/s，锥辊(5 )轴向进给为零，使内径增长为总量的40%?50% ； (2)轴向加速辗扩:芯辊(4)径向进给0.5?lmm/s，锥辊(5)轴向进给1.5^2.5mm/s，使轴向高度下降40%?50% ； (3)稳定辗扩:芯棍(4)径向进给2?3mm/s,锥棍(5)轴向进给0.5"lmm/s,内径增长为总量的35°/Γ40%，轴向变形达到轴向变形总量； (4)减速和精整辗扩:芯辊(4)径向进给0.Γ0.5mm/s，锥辊(5)轴向进给为零，完成整个环件的变形； 步骤四:辗后控制冷却: 环件在径向和轴向进给均为零的条件下在辗扩机上保持旋转，用高压水直接冷却淬火，开冷温度85(T90(TC，终冷温度65(T70(TC，冷速1(T2(TC /s,水压0.5?IMPa，流量18(T300mVh，喷射距离15(T200mm，喷射时间12?15s ;而后，用吊具将冷却至65(T700°C的成形法兰件移出辗环机，并堆垛空冷至室温。
【文档编号】B23P15/00GK104439933SQ201410613278
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】巨丽, 李永堂, 曹建新, 付建华, 雷步芳, 武永红 申请人:太原科技大学