CN103031500A

CN103031500A - 一种大直径法兰及其制造工艺

Info

Publication number: CN103031500A
Application number: CN201210561226XA
Authority: CN
Inventors: 李忠云
Original assignee: WUXI HUAERTAI MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: WUXI HUAERTAI MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103031500B

Abstract

本发明是一种大直径法兰及其制造工艺，其化学成分的质量百分比为：C：0.45-0.65%，Si:0.25-0.30%，Mn:0.85-0.95%，Ni:9-11%，Cr:2-3%，Nb：0.15-0.20%，Cu:0.85-0.95%，N:0.02-0.04%，Mo:0.13-0.15%，Al:0.2-0.3%，S：0.07-0.09%，Ti：0.03-0.04%，V：0.02-0.03%，B：0.002-0.004%，镧系稀土：6-8%，余量为Fe。采用两次正火+两次回火工艺+冷却的热处理工艺，保证法兰具有高抗拉强度和高屈服强度，具有较小的表面粗糙度，组织更为均匀稳定，极少气孔及沙眼。

Description

一种大直径法兰及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种法兰及制造工艺，具体的说是一种大直径法兰及其制造工艺。

背景技术

法兰（Flange），又叫法兰盘或凸缘盘。法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接，管道法兰系指管道装置中配管用的法兰，用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接（丝扣连接）法兰和焊接法兰和卡夹法兰。

法兰的材质一般有：碳钢、合金钢和不锈钢；大直径法兰要求抗拉强度好，屈服强度高，表面粗糙度小；而高现有技术中，由于成分及热处理工艺的限制，从而导致法兰抗拉强度不高，高屈服强度不高，表面粗糙度较高，且存在组织疏松、气孔、沙眼等问题，不满足大直径法兰的使用要求，或使用寿命较短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

如何保证法兰具有高抗拉强度和高屈服强度；

如何保证法兰具有较小的表面粗糙度，组织更为均匀稳定，极少气孔及沙眼。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种大直径法兰，其化学成分的质量百分比为：C：0.45-0.65%，Si:0.25-0.30%，Mn:0.85-0.95%，Ni:9-11%，Cr:2-3%，Nb：0.15-0.20%，Cu:0.85-0.95%，N:0.02-0.04%，Mo:0.13-0.15%，Al:0.2-0.3%，S：0.07-0.09%，Ti：0.03-0.04%，V：0.02-0.03%，B：0.002-0.004%，镧系稀土：6-8%，余量为Fe。

大直径法兰的制造工艺，按以下工序进行：钢坯下料-锻造-锻尺寸与表面检查-热处理-机械粗加工-超声波检验-机械性能试验-机械精加工至所需形状与尺寸-清洁涂装；

热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；

第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为700-750℃，到温后保温10-15min，第二段加热温度为850-880℃，到温后保温35-40min，然后空冷10-15min后进行第二次正火；

第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为600-650℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为660-690℃加热，到温后保温20-30min，然后水冷至室温；

第一次回火：回火温度550-640℃，到温后保温10-15min，然后空冷10-15min后进行第二次回火；

第二次回火：回火温度500-540℃，到温后保温15-20min，然后进行冷却；

冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将钢板水冷至450-470℃，然后空冷至400-430℃，再采用水冷以4-5℃/s的冷却速率将钢板水冷至300-350℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温。

以上工序中：钢坯下料、锻造、锻尺寸与表面检查、机械粗加工、超声波检验、机械性能试验、机械精加工至所需形状与尺寸和清洁涂装都使用现有常用工艺。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的大直径法兰，镧系稀土的组分质量百分比为：镧：20-24%，铈：20-25%，钐：14-16%，钕：14-16%，钆：2-4%，镨：16-18%，镝：5-6%，其余镧系元素：1-3%，以上各组分之和为100%。

本发明采用两次正火+两次回火工艺+冷却的热处理工艺，两次正火后使法兰的带状组织等缺陷减轻明显，组织细化均匀；正火后两次回火，组织更为均匀稳定，且晶粒更细化，使法兰的强度、韧性以及低温冲击性能得到很大的提高。第一次正火温度高于第二次正火温度，使第二次正火不破坏第一次正火的效果，使组织细化效果更为明显；正火采取分段加热，第二段加热在第一段加热的基础上可以减小表面和心部的温度之差，使法兰厚度方向组织细小均匀；第一次回火温度高于第二次回火温度，使第二次回火不破坏第一次回火的效果，使法兰厚度方向晶粒更为细化，进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；冷却通过水冷与空冷结合，先以较慢的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过一快一慢的水冷，不仅可提高法兰的韧性和获得较好的综合力学性能（具体可见后面发明优点部分的力学性能），而且使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼。

总之，本发明采取分段加热，可有效缩短高温段的加时间，使细化晶粒效果更明显，并且使厚度方向的组织晶粒度趋于一致；采用两次正火，且第一次正火温度较高，可以细化晶粒，同时提高强度和韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高法兰整体冲击性能；正火后两次回火，且第一次回火温度较高，组织更为均匀稳定，低温冲击性能进一步提高，表面至心部性能趋于一致；回火后快慢给合的冷却方法不仅可提高法兰的韧性和获得较好的综合力学性能，而且极少出现气孔及沙眼。

本发明的具体性能可见下表：

表1 本发明与常用的法兰性能指标对比

具体实施方式

实施例1

本实施例的大直径法兰，其化学成分的质量百分比为：C：0.65%，Si:0.25%，Mn:0.85%，Ni:9%，Cr:2%，Nb：0.15%，Cu:0.85%，N:0.02%，Mo:0.13%，Al:0.2%，S：0.07%，Ti：0.03%，V：0.02%，B：0.002%，镧系稀土：6%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：20%，铈：25%，钐：16%，钕：14%，钆：2%，镨：17%，镝：5%，其余镧系元素：1%。

本实施例大直径法兰的制造工艺，按以下工序进行：钢坯下料-锻造-锻尺寸与表面检查-热处理-机械粗加工-超声波检验-机械性能试验-机械精加工至所需形状与尺寸-清洁涂装；其中，钢坯下料、锻造、锻尺寸与表面检查、机械粗加工、超声波检验、机械性能试验、机械精加工至所需形状与尺寸和清洁涂装都使用现有常用工艺；

第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为700℃，到温后保温15min，第二段加热温度为850℃，到温后保温40min，然后空冷10min后进行第二次正火；

第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为600℃加热，到温后保温18min，第二段加热温度为660℃加热，到温后保温30min，然后水冷至室温；

第一次回火：回火温度550℃，到温后保温15min，然后空冷10min后进行第二次回火；

第二次回火：回火温度500℃，到温后保温20min，然后进行冷却；

冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1℃/s的冷却速率将钢板水冷至470℃，然后空冷至400℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将钢板水冷至300℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率冷却至室温。

实施例2

本实施例的大直径法兰，其化学成分的质量百分比为：C：0.45%，Si:0.30%，Mn:0.95%，Ni:11%，Cr:3%，Nb：0.20%，Cu:0.95%，N:0.03%，Mo:0.14%，Al:0.3%，S：0.08%，Ti：0.04%，V：0.03%，B：0.003%，镧系稀土：7%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：24%，铈：20%，钐：15%，钕：15%，钆：3%，镨：16%，镝：6%，其余镧系元素：1%。

第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为720℃，到温后保温12min，第二段加热温度为860℃，到温后保温37min，然后空冷10min后进行第二次正火；

第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为630℃加热，到温后保温17min，第二段加热温度为670℃加热，到温后保温25min，然后水冷至室温；

第一次回火：回火温度600℃，到温后保温13min，然后空冷13min后进行第二次回火；

第二次回火：回火温度530℃，到温后保温18min，然后进行冷却；

冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2℃/s的冷却速率将钢板水冷至460℃，然后空冷至420℃，再采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢板水冷至350℃，再采用水冷以1℃/s的冷却速率冷却至室温。

实施例3

本实施例的大直径法兰，其化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Si:0.25%，Mn:0.90%，Ni:10%，Cr:2%，Nb：0.18%，Cu:0.90%，N:0.04%，Mo:0.15%，Al:0.2%，S：0.09%，Ti：0.03%，V：0.02%，B：0.004%，镧系稀土：8%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：20-24%，铈：20-25%，钐：14-16%，钕：14-16%，钆：2-4%，镨：16-18%，镝：5-6%，其余镧系元素：1-3%。

第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为750℃，到温后保温10min，第二段加热温度为880℃，到温后保温35min，然后空冷15min后进行第二次正火；

第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为650℃加热，到温后保温15min，第二段加热温度为690℃加热，到温后保温20min，然后水冷至室温；

第一次回火：回火温度640℃，到温后保温10min，然后空冷15min后进行第二次回火；

第二次回火：回火温度540℃，到温后保温15min，然后进行冷却；

冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3℃/s的冷却速率将钢板水冷至450℃，然后空冷至430℃，再采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢板水冷至320℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种大直径法兰，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.45-0.65%，Si:0.25-0.30%，Mn:0.85-0.95%，Ni:9-11%，Cr:2-3%，Nb：0.15-0.20%，Cu:0.85-0.95%，N:0.02-0.04%，Mo:0.13-0.15%，Al:0.2-0.3%，S：0.07-0.09%，Ti：0.03-0.04%，V：0.02-0.03%，B：0.002-0.004%，镧系稀土：6-8%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的大直径法兰，其特征在于：所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：20-24%，铈：20-25%，钐：14-16%，钕：14-16%，钆：2-4%，镨：16-18%，镝：5-6%，其余镧系元素：1-3%，以上各组分之和为100%。

3.如权利要求1或2所述的大直径法兰，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.65%，Si:0.25%，Mn:0.85%，Ni:9%，Cr:2%，Nb：0.15%，Cu:0.85%，N:0.02%，Mo:0.13%，Al:0.2%，S：0.07%，Ti：0.03%，V：0.02%，B：0.002%，镧系稀土：6%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：20%，铈：25%，钐：16%，钕：14%，钆：2%，镨：17%，镝：5%，其余镧系元素：1%。

4.如权利要求1或2所述的大直径法兰，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.45%，Si:0.30%，Mn:0.95%，Ni:11%，Cr:3%，Nb：0.20%，Cu:0.95%，N:0.03%，Mo:0.14%，Al:0.3%，S：0.08%，Ti：0.04%，V：0.03%，B：0.003%，镧系稀土：7%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：24%，铈：20%，钐：15%，钕：15%，钆：3%，镨：16%，镝：6%，其余镧系元素：1%。

5.如权利要求1或2所述的大直径法兰，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Si:0.25%，Mn:0.90%，Ni:10%，Cr:2%，Nb：0.18%，Cu:0.90%，N:0.04%，Mo:0.15%，Al:0.2%，S：0.09%，Ti：0.03%，V：0.02%，B：0.004%，镧系稀土：8%，余量为Fe；所述镧系稀土的组分质量百分比为：镧：20-24%，铈：20-25%，钐：14-16%，钕：14-16%，钆：2-4%，镨：16-18%，镝：5-6%，其余镧系元素：1-3%。

6.权利要求1或2所述大直径法兰的制造工艺，按以下工序进行：钢坯下料-锻造-锻尺寸与表面检查-热处理-机械粗加工-超声波检验-机械性能试验-机械精加工至所需形状与尺寸-清洁涂装；其特征在于：

所述热处理工序采用两次正火+两次回火+冷却，第一次正火温度大于第二次正火温度，第一次回火温度大于第二次回火温度；

所述第一次正火：采用分段加热，第一段加热温度为700-750℃，到温后保温10-15min，第二段加热温度为850-880℃，到温后保温35-40min，然后空冷10-15min后进行第二次正火；

所述第二次正火：采用分段加热，第一段加热温度为600-650℃加热，到温后保温15-18min，第二段加热温度为660-690℃加热，到温后保温20-30min，然后水冷至室温；

所述第一次回火：回火温度550-640℃，到温后保温10-15min，然后空冷10-15min后进行第二次回火；

所述第二次回火：回火温度500-540℃，到温后保温15-20min，然后进行冷却；

所述冷却采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-3℃/s的冷却速率将钢板水冷至450-470℃，然后空冷至400-430℃，再采用水冷以4-5℃/s的冷却速率将钢板水冷至300-350℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温。