一种法兰盘类零件及其制造方法与流程

本发明涉及一种法兰盘类零件，更具体地说，涉及一种法兰盘类零件及其制造方法。

背景技术：

法兰盘类零件广泛应用于各种机械的轴、管连接。传统法兰盘类零件通常采用中碳钢如45钢、中碳合金钢如40cr锻造后经调质处理获得满足使用要求的显微组织及机械性能。而调质处理容易出现淬火变形、开裂等质量不稳定风险，而且生产周期长、能耗大、生产成本高，生产过程中产生对环境有污染的“三废”。随着全球性资源和能源的紧张和枯竭，节能减排、发展低碳经济已成世界共识，也是今后中国调整经济结构和发展模式的方向。因此本发明可以实现节能降耗，实现绿色制造，符合发展低碳经济的要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有法兰盘类零件由中碳钢锻造成型后调质处理所导致的淬火变形、开裂等质量不稳定、生产周期长、能耗大、生产成本高的问题，而提供一种法兰盘类零件及其制造方法。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种法兰盘类零件，例如各种法兰盘、直接挡受压盘、联轴器等，由非调质钢锻造成型，所述非调质钢的化学成份范围按重量百分比计为：c：0.20％～0.35％，si：0.50％～1.00％，mn：0.8％～1.60％，p：≤0.025％，s：0.020％～0.050％，cr：0.20％～0.50％，mo：0.15％～0.35％，v：0.06％～0.16％，nb：0.02％～0.05％，al：0.020％～0.050％，cu：≤0.30％，n：80×10^-4％～180×10^-4％，其余为fe和不可避免的杂质。进一步地，所述非调质钢的化学成份范围按重量百分比计为c：0.25％～0.32％，si：0.60％～0.90％，mn：1.00％～1.40％，p：≤0.025％，s：0.025％～0.035％，cr：0.20％～0.40％，mo：0.20％～0.30％，v：0.08％～0.12％，nb：0.03％～0.05％，al：0.020％～0.050％，cu：≤0.30％，n：120×10^-4～150×10^-4％，其余为fe和不可避免的杂质。

上述法兰盘类零件中，法兰盘类零件在锻造成型状态下机械性能达到：屈服强度rel≥550mpa，抗力强度rm≥850mpa，断后伸长率a≥15％，断面收缩率z≥45％，冲击吸收功ku2≥35j，硬度：233hb～285hb。

上述法兰盘类零件中，该法兰盘类零件经锻造成型，始锻温度为1000℃～1200℃，终锻温度为930℃±50℃。进一步地，所述法兰盘锻造成型后以60℃/min～120℃/min的冷却速度冷却至650℃，然后以低于50℃/min的冷却速度缓冷至室温，例如以20℃/min～50℃/min的冷却速度缓冷至室温。

本发明为实现其目的的另一技术方案是这样的：公开一种法兰盘类零件的制造方法，将前述的非调质钢加热至始锻温度1000℃～1200℃进行锻造成型，终锻温度为930℃±50℃，锻造成型后以60℃/min～120℃/min的冷却速度冷却至650℃，然后以低于50℃/min的冷却速度缓冷至室温，例如以20℃/min～50℃/min的冷却速度缓冷至室温。

在本发明中，综合考虑法兰盘的技术要求和现有工艺条件，拟采用中碳型珠光体+铁素体非调质钢。加入si、mn、cr、mo，v，nb，使非调质钢在锻造后通过控制冷却速度，使法兰盘类零件具有cr、crmo中碳合金钢调质后的力学性能要求。

c对非调质钢的强度和硬度影响最大，是非调质钢中最有效的强化元素之一，碳含量高于0.5％时，钢材的塑、韧性下降，本发明碳含量控制在0.20％～0.40％之间。

si能降低钢的临界冷却速度，使钢具有良好的淬透性。si具有较强的固溶强化铁素体效果，适当增加si的含量，将增加组织中铁素体的体积分数，并使晶粒变细，有利于钢的韧性。但si含量超过1.00％时，则强度增加，韧性下降。本发明硅含量控制在0.50％～1.00％。

mn在钢中主要以固溶形式存在，室温下固溶于铁素体中，有较强的固溶强化效果；mn扩大γ区，降低钢中共析成分的碳分的含量，增加钢中珠光体量，并可降低相变温度而细铁素体和珠光体同和珠光体片间距；mn还可以降低vc和vn的在奥氏体中溶解度和溶解温度，提高铁素体中的析出量和降低析出物的尺寸，这些既可提高强度又可改善韧性；在mn-v非调钢中，降低碳，提高mn，有利于改善韧性；但增加mn引起珠光体量增加，则不利于韧性提高；研究表明，mn在1％以内对冲击韧性无损害，随着mn含量进一步增加，钢的韧性逐渐降低。但采取降低钢的c含量，可以提高mn含量而使韧性不降低。本钢种c含量较低，因此设计mn含量为0.80～1.6％。

p能在钢液凝固时形成微观偏析，并在随后高温加热时偏聚在晶界，降低钢的脆性，本钢种将磷列为有害元素，含量控制在0.020％以下。

s通常被看做有害元素，但适当的s含量可以改善零件的切削性能，因此将s含量控制在0.02％～0.05％之间。

cr是中等碳化物形成元素。加热时溶入奥氏体的cr能强烈提供高钢的淬透性。钢中的cr，一部分置换铁形成合金渗碳体；一部分溶入铁素体中，产生固溶强化作用，提高铁素体的强度和硬度，本钢种cr含量设计为0.20％～0.50％。

al在冶炼过程起脱氧定氮的作用，能细化晶粒，改善钢在低温时的韧性，因此的含量控制在0.020％～0.050％。

v、nb属于微合金化元素，以化合物和固溶状态存在于非调质钢中。v和nb的碳氮化合物可有效阻止晶粒长大，阻止奥氏体形变再结晶，产生沉淀强化效果。此外，固溶与奥氏体中的v和nb可提高过冷奥氏体的稳定性，降低转变温度，使珠光体团变小，珠光体片碎化，片间距减小，从而显著提高钢的强度和韧性。nb-v复合加入时，部分v与nb结合成的(nbv)cn比nb和v各种的碳氮化物更细小，强韧化效果更好。

采用上述组分设计的非调质钢锻造法兰盘类零件的锻造过程中，将发生零件结构形变和复杂的相变过程，奥氏体形变和形变奥氏体再结晶等过程，引起组织性能的显著差异。锻造温度、形变速率、锻后冷却速度等影响着显微组织形态和数量。通常情况下，非调质钢的锻造温度低，再结晶驱动力小，并产生形变诱发析出，晶粒细化，对改善钢的组织性能有利，但在锻造成型时，形变抗力随着形变温度的降低而显著增大。同时，为了使沉淀强化的微合金化元素溶入奥氏体，需要将钢加热到较高温度。加热温度越高，经锻造、再结晶后的晶粒越粗大，相变后的珠光体数量越多，铁素体数量越少，强度增加，断面收缩率和冲击韧性降低。含有不同微合金化元素的非调质钢，其奥氏体化温度也不同。

本发明所述的法兰盘类零件锻造方法：将非调质钢加热至始锻温度1000℃～1200℃，进行锻造成型，终锻温度控制在930℃±50℃。

锻后冷却速度，尤其在ar3～ar1相变温度范围的冷却速度，将明显影响晶粒大小、铁素体和珠光体的数量及形态、珠光体片间距和珠光体中渗碳体厚度以及钢中微合金碳化物析出的数量和颗粒大小，从而影响非调质钢锻件的性能。冷却速度加快，有利于获得强韧性良好的组织性能。但冷却速度过大，将形成对韧性和切削性能不利的贝氏体组织。

本发明所述的法兰盘类零件锻造方法：终锻后以60℃/min～120℃/min的冷却速度冷却至650℃，然后以低于50℃/min缓冷至室温。锻造后获得金相组织为细致的珠光体+铁素体，铁素体体积分数为>35％，获得力学性能目标值见表1。

表1微合金非调质钢材料锻造成型后力学性能要求。

本发明与现有技术相比，本发明之非调质钢法兰盘类零件在通过合金化和控锻控冷后，直接获得满足使用要求的机械性能，锻造后不需要调质热处理便可直接进行机加工成成品，不仅节能降耗，提高性能，还能降低制造成本，产生可观的经济效益。

附图说明

图1是实施例一工程机械用直接挡受压盘结构示意图。

图2是实施例二工程机械用法兰结构示意图。

图3为本发明中非调质钢端淬曲线及特性参数简表。

图4为实施例一中非调质钢直接挡受压盘的金相组织照片。

图5为实施例二中非调质钢法兰盘的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

实施例一：

本实施例中的法兰盘类零件为工程机械用直接挡受压盘，其结构如图1所示，直接挡受压盘由非调质钢锻造成型，该非调质钢按重量百分比包括以下化学成分：0.33％c，0.56％si，1.5％mn，0.013％p，0.032％s，0.22％cr，0.26％mo，0.11％v，0.021％nb，0.025％al，0.07％cu，110×10^-4％n，。非调质钢端淬曲线及特性参数简表如图3所示。

直接挡受压盘按如下锻造工艺：将上述非调质钢加热至始锻温度1173℃进行锻造，终锻温度945℃，以81℃/min冷却速度冷却至676℃后以20℃/min～50℃/min的冷却速度缓冷至常温。获得的金相组织为珠光体+铁素体，晶粒度为6～7级，铁素体体积分数为≥35％，金相图如图4所示。

采用gb/t228-2002“金属材料室温拉伸试验方法”对非调质钢直接挡受压盘的力学性能进行检测，结果见表2。

表2非调质钢直接挡受压盘的力学性能检测结果

实施例二：

本实施例中的法兰盘类零件为工程机械用法兰盘，其结构如图2所示，工程机械用法兰盘由非调质钢锻造成型，该非调质钢按重量百分比包括以下化学成分：0.33％c，0.56％si，1.5％mn，0.013％p，0.032％s，0.22％cr，0.26％mo，0.11％v，0.021％nb，0.025％al，0.07％cu，110×10^-4％n。

法兰盘按如下锻造工艺：始锻温度1183℃，终锻温度936℃，以67℃/min冷却速度冷却至622℃后以20℃/min～50℃/min的冷却速度缓冷至常温。获得的金相组织为珠光体+铁素体，晶粒度为6.5～8级，铁素体体积分数为>45％，金相图如图5所示。

采用gb/t228-2002“金属材料室温拉伸试验方法”对非调质钢法兰的力学性能进行检测，结果见表3。

表3非调质钢法兰的力学性能检测结果。