[发明专利]一种大直径法兰及其制造工艺

说明书

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。