一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法
【專利摘要】一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法，屬于法蘭件生產【技術領域】，其特征在于包括以下工藝步驟：(1)鑄環(huán)坯均質處理，即鑄環(huán)坯在加熱爐內分預熱、加熱和均熱三段加熱；（2）高壓水除鱗；（3）在輾環(huán)機上進行擴孔，擴孔工藝為：①徑向加速輾擴，②軸向加速輾擴，③穩(wěn)定輾擴，④減速和精整輾擴；（4）輾后控制冷卻。本發(fā)明優(yōu)點是通過對變形量和溫度的控制實現(xiàn)材料的微觀組織轉變，有效提高由鑄環(huán)坯輾擴成形大口徑碳鋼法蘭的性能，同時，本發(fā)明工藝具有低成本高效率的優(yōu)點。
【專利說明】一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法
[0001]

【技術領域】
本發(fā)明屬于法蘭件生產【技術領域】，具體涉及一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法。
[0002]

【背景技術】
法蘭類環(huán)形零件是工業(yè)基礎零件，在風電、核電、石油、化工、航天、天然氣等行業(yè)有著十分廣泛的應用。近年來，管道工程、風電技術和石油化工的快速發(fā)展對法蘭件的需求量急劇增加，尺寸也逐漸向巨型化發(fā)展。目前生產大口徑法蘭件的主要工藝方法是熱輾擴，即將加熱的環(huán)坯在輾擴機成形輥的作用下，產生徑向壁厚減小、內外直徑擴大、軸向高度減小的連續(xù)局部塑性變形(見圖1)。熱輾擴用環(huán)坯制備方法通常為:冶煉鋼錠一開坯一下料一加熱一鐓粗一拔長一沖孔。制備的環(huán)坯經過了開坯和鍛造工藝，其內部組織致密均勻，經熱輾擴后的法蘭具有良好的機械性能，但這種制坯工藝存在生產效率低，材料損耗大，粉塵污染嚴重，能源動力消耗高等問題。專利號為ZL201010132491.7《一種利用鑄坯輾擴成形大型環(huán)件的方法》提出了用鑄造工藝制備環(huán)坯，即直接將鑄坯輾擴成大型環(huán)件的新技術，從而實現(xiàn)大型環(huán)件的短流程精確生產?！稒C械工程學報》中的《42CrMo鋼鑄造環(huán)坯輾擴成形理論與工藝分析》，《基于鑄坯的42CrMo軸承環(huán)件輾擴成形工藝與試驗》和《軸承》中的《42CrMo軸承套圈毛坯的鑄輾復合成形》對鑄輾復合成形軸承進行了的研究。研究表明鑄輾復合成形環(huán)件是一種行之有效的工藝，可節(jié)材2(Γ30%，節(jié)能30%，因此用鑄環(huán)坯直接輾擴成形大口徑法蘭的新技術可以使低成本、高效生產的法蘭在市場上具有很強的競爭優(yōu)勢。但用新技術生產大口徑法蘭所要解決的一項關鍵技術是鑄輾法蘭件的微觀組織性能控制方法。鍛環(huán)坯經過了開坯、鐓粗和沖孔工藝，材料的偏析、疏松和塑性得到極大改善，成形的法蘭也就具有良好的微觀組織結構，而鑄環(huán)坯的晶粒粗大，材料存在組織偏析和疏松，常規(guī)輾擴技術成形的法蘭力學性能很難達到工業(yè)使用要求。
[0003]


【發(fā)明內容】

本發(fā)明的目的是提供一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法，可有效地解決現(xiàn)有技術中存在的缺點。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，其特征在于工藝步驟為:
步驟一:鑄環(huán)坯均質處理:
將室溫的鑄環(huán)坯用吊具放入環(huán)形加熱爐中，坯料在爐內分三段加熱:預熱段溫度80(Tl000°C，加熱時間90分鐘，一加熱段溫度115(Tl250°C，加熱時間120分鐘，一均熱段溫度1200°C，加熱時間30分鐘；
步驟二:高壓水除磷:
將水溫1(T20°C、水壓15?18MPa、流量4(T60m3/h、噴射距離100?150臟，噴射角20°?25°的高壓水向整個環(huán)坯沖擊射流，高壓水除磷后環(huán)坯溫度為105(Γ1100? ；
步驟三:控制輾擴成形:
將鑄環(huán)坯用吊具放入圖1所示的數(shù)控輾環(huán)機內進行擴孔，芯輥4轉速為30轉/分，錐輥5轉速為49.7轉/分，初輾溫度為105(Tll00°C，終輾溫度為85(T900°C ； 其輾擴工藝如下:
(1)徑向加速輾擴:芯輥4徑向進給3?4mm/S，錐輥5軸向進給為零，使內徑增長為總量的 40%?50% ；
(2)軸向加速輾擴:芯輥4徑向進給0.5?lmm/s，錐輥5軸向進給1.5^2.5mm/s，使軸向高度下降40%?50% ；
(3)穩(wěn)定輾擴:芯棍4徑向進給2?3mm/s,錐棍5軸向進給0.5^1mm/s,內徑增長為總量的35%?40%，軸向變形達到軸向變形總量；
(4)減速和精整輾擴:芯輥4徑向進給0.Γ0.5mm/s，錐輥5軸向進給為零，完成整個環(huán)件的變形；
步驟四:輾后控制冷卻:
環(huán)件在徑向和軸向進給均為零的條件下在輾擴機上保持旋轉，用高壓水直接冷卻淬火，開冷溫度85(T90(TC，終冷溫度65(T70(TC，冷速1(T2(TC /s,水壓0.5?IMPa，流量18(T300mVh，噴射距離150_200mm，噴射時間12?15s ;而后，用吊具將冷卻至65(T700°C的成形法蘭件移出輾環(huán)機，并堆垛空冷至室溫。
[0005]本發(fā)明優(yōu)點及積極效果是有效解決了在應用鑄輾復合成形工藝生產大口徑碳鋼法蘭件時，通過對變形量和溫度參數(shù)的精確控制實現(xiàn)材料微觀組織轉變的問題，從而達到材料成形組織性能控制的目的。本發(fā)明的控輾控冷技術生產的大口徑鑄輾碳鋼法蘭具有低成本高性能高效生產的優(yōu)點，在法蘭市場具有很強的競爭力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是環(huán)件徑-軸向輾擴示意圖。
[0007]圖2是圖1的俯視圖。
[0008]圖中:1-驅動輥 2-鑄環(huán)坯 3-導向輥 4-芯輥 5-錐輥。

【具體實施方式】
[0009]如圖1所示材質Q345B的鑄環(huán)，其外徑740mm,內徑380mm,高度185mm,通過環(huán)件徑-軸向輾擴機應用控輾控冷輾擴成形，達到外徑1550mm，內徑1306mm，高度105mm。其工藝步驟為:
①環(huán)形加熱爐加熱鑄環(huán):預熱段溫度900°C，加熱時間90min，一加熱段溫度1250°C，加熱時間為120min，一均熱段溫度1200°C，加熱時間30min ；
②用高壓水向整個環(huán)坯噴射除磷:水溫20°C，水壓15MPa，流量50mVh，噴射距離150mm，噴射角20°，高壓水除鱗后環(huán)坯溫度為1050°C ；
③將除磷后的環(huán)坯放入數(shù)控輾環(huán)機內進行擴孔，輾擴工藝如下:芯輥4徑向進給4mm/s,錐棍5軸向進給零,輾擴50s,內徑達到780mm ;芯棍4徑向進給lmm/s,錐棍5軸向進給2mm/s,輾擴20s,內徑達到820mm,高度達到145mm ;芯棍4徑向進給2.5mm/s,錐棍5軸向進給0.5mm/s,輾擴80s,內徑達到1220mm,高度達到105mm ;芯棍4徑向進給lmm/s,錐棍5軸向進給零，輾擴43s,環(huán)件尺寸達到外徑1550mm,內徑1306mm,高度105mm ；
④環(huán)件在徑向和軸向進給均為零的條件下保持旋轉，用高壓水直接冷卻淬火:水壓0.7MPa，流量230m3/h，噴射距離150mm，噴射時間12s ;而后，用吊具將冷卻至680°C的成形法蘭移出輾環(huán)機，并堆垛空冷至室溫。
【權利要求】
1.一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法，其特征在于工藝步驟是: 步驟一:鑄環(huán)坯均質處理: 將室溫的鑄環(huán)坯用吊具放入環(huán)形加熱爐中，坯料在爐內分三段加熱:預熱段溫度80(Tl000°C，加熱時間90分鐘，一加熱段溫度115(Tl250°C，加熱時間120分鐘，一均熱段溫度1200°C，加熱時間30分鐘； 步驟二:高壓水除磷: 將水溫1(T20°C、水壓15?18MPa、流量4(T60m3/h、噴射距離100?150臟，噴射角20°?25°的高壓水向整個環(huán)坯沖擊射流，高壓水除磷后環(huán)坯溫度為105(Γ1100? ； 步驟三:控制輾擴成形: 將鑄環(huán)坯用吊具放入數(shù)控輾環(huán)機內進行擴孔，芯輥(4 )轉速為30轉/分，錐輥(5 )轉速為49.7轉/分，初輾溫度為105(Tll00°C，終輾溫度為85(T900°C ； 其輾擴工藝如下: (1)徑向加速輾擴:芯輥(4)徑向進給3?4mm/s，錐輥(5 )軸向進給為零，使內徑增長為總量的40%?50% ； (2)軸向加速輾擴:芯輥(4)徑向進給0.5?lmm/s，錐輥(5)軸向進給1.5^2.5mm/s，使軸向高度下降40%?50% ； (3)穩(wěn)定輾擴:芯棍(4)徑向進給2?3mm/s,錐棍(5)軸向進給0.5"lmm/s,內徑增長為總量的35°/Γ40%，軸向變形達到軸向變形總量； (4)減速和精整輾擴:芯輥(4)徑向進給0.Γ0.5mm/s，錐輥(5)軸向進給為零，完成整個環(huán)件的變形； 步驟四:輾后控制冷卻: 環(huán)件在徑向和軸向進給均為零的條件下在輾擴機上保持旋轉，用高壓水直接冷卻淬火，開冷溫度85(T90(TC，終冷溫度65(T70(TC，冷速1(T2(TC /s,水壓0.5?IMPa，流量18(T300mVh，噴射距離15(T200mm，噴射時間12?15s ;而后，用吊具將冷卻至65(T700°C的成形法蘭件移出輾環(huán)機，并堆垛空冷至室溫。
【文檔編號】B23P15/00GK104439933SQ201410613278
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權日:2014年11月5日
【發(fā)明者】巨麗, 李永堂, 曹建新, 付建華, 雷步芳, 武永紅 申請人:太原科技大學