一種提高大口徑碳鋼鑄輾法蘭件性能的工藝方法
2023-05-10 15:21:46 1
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，屬於法蘭件生產【技術領域】，其特徵在於包括以下工藝步驟：(1)鑄環坯均質處理，即鑄環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穩定輾擴，④減速和精整輾擴；（4）輾後控制冷卻。本發明優點是通過對變形量和溫度的控制實現材料的微觀組織轉變，有效提高由鑄環坯輾擴成形大口徑碳鋼法蘭的性能，同時，本發明工藝具有低成本高效率的優點。
【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】
本發明屬於法蘭件生產【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】
法蘭類環形零件是工業基礎零件，在風電、核電、石油、化工、航天、天然氣等行業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展對法蘭件的需求量急劇增加，尺寸也逐漸向巨型化發展。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局部塑性變形(見圖1)。熱輾擴用環坯製備方法通常為:冶煉鋼錠一開坯一下料一加熱一鐓粗一拔長一衝孔。製備的環坯經過了開坯和鍛造工藝，其內部組織緻密均勻，經熱輾擴後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，粉塵汙染嚴重，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件的方法》提出了用鑄造工藝製備環坯，即直接將鑄坯輾擴成大型環件的新技術，從而實現大型環件的短流程精確生產。《機械工程學報》中的《42CrMo鋼鑄造環坯輾擴成形理論與工藝分析》，《基於鑄坯的42CrMo軸承環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複合成形》對鑄輾複合成形軸承進行了的研究。研究表明鑄輾複合成形環件是一種行之有效的工藝，可節材2(Γ30%，節能30%，因此用鑄環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。鍛環坯經過了開坯、鐓粗和衝孔工藝，材料的偏析、疏鬆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，而鑄環坯的晶粒粗大，材料存在組織偏析和疏鬆，常規輾擴技術成形的法蘭力學性能很難達到工業使用要求。
[0003]
【發明內容】
本發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，可有效地解決現有技術中存在的缺點。
[0004]本發明是這樣實現的，其特徵在於工藝步驟為:
步驟一:鑄環坯均質處理:
將室溫的鑄環坯用吊具放入環形加熱爐中，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°的高壓水向整個環坯衝擊射流，高壓水除磷後環坯溫度為105(Γ1100? ；
步驟三:控制輾擴成形:
將鑄環坯用吊具放入圖1所示的數控輾環機內進行擴孔，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，完成整個環件的變形；
步驟四:輾後控制冷卻:
環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 ;而後，用吊具將冷卻至65(T700°C的成形法蘭件移出輾環機，並堆垛空冷至室溫。
[0005]本發明優點及積極效果是有效解決了在應用鑄輾複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的精確控制實現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，其外徑740mm,內徑380mm,高度185mm,通過環件徑-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環形加熱爐加熱鑄環: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°，高壓水除鱗後環坯溫度為1050°C ；
③將除磷後的環坯放入數控輾環機內進行擴孔，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,環件尺寸達到外徑1550mm,內徑1306mm,高度105mm ；
④環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 ;而後，用吊具將冷卻至680°C的成形法蘭移出輾環機，並堆垛空冷至室溫。
【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，其特徵在於工藝步驟是: 步驟一:鑄環坯均質處理: 將室溫的鑄環坯用吊具放入環形加熱爐中，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°的高壓水向整個環坯衝擊射流，高壓水除磷後環坯溫度為105(Γ1100? ； 步驟三:控制輾擴成形: 將鑄環坯用吊具放入數控輾環機內進行擴孔，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，完成整個環件的變形； 步驟四:輾後控制冷卻: 環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 ;而後，用吊具將冷卻至65(T700°C的成形法蘭件移出輾環機，並堆垛空冷至室溫。
【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 優先權日:2014年11月5日
【發明者】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