CN105463341B - 一种适用于低温工况的不锈钢法兰及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于低温工况的不锈钢法兰,包括通孔和法兰片,法兰片包括前法兰片、中法兰片组和后法兰片,且三者依次平行等间隔设置,中法兰片组由两个完全相同的法兰单元构成,且左右对称;前法兰片、法兰单元和后法兰片的直径相等,且前法兰片与后法兰片的厚度相同,前法兰片、法兰单元和后法兰片上沿其圆周方向分别等间隔设置有4个固定孔,其孔径大小相等且位置相对应;中法兰片组与通孔连接处的根部设有圆环状卡槽;本发明还设计了一种适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺。
Description
技术领域
本发明属于金属加工处理技术领域,特别涉及一种适用于低温工况的不锈钢法兰及其生产工艺。
背景技术
在现有的天然气生产中,为了方便运输,往往将气田生产的天然气净化处理后,再经超低温(-162℃)液化,形成液化天然气(LNG);然而,该工艺系统温度极低,压力又较高,目前,工程中使用的耐低温材料为奥氏体不锈钢,但是单一的奥氏体不锈钢如F316或F316L各有优缺点,例如:F316材料强度性能优于F316L材料,但耐晶间腐蚀性能不如F316L材料,于是寻求既耐晶间腐蚀又能够在低温工况(设计温度为-196℃)下有较好强度性能的材料成为工程中的难点。
由于F316/316L材料的化学成分与F316L一致,而强度与F316一致,这样就既具有良好的耐晶间腐蚀性能和良好的机械性能;实际应用中,法兰作为管线的连接件,于是在低温工况条件下,F316/316L材料法兰就成为了理想的产品;但是,由于F316/316L材料兼有两种材料的特性,实际生产中不易于锻造,故F316/316L材料的法兰锻造就成为行业内的一个开发热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种适用于低温工况的不锈钢法兰及其生产工艺。
为了解决以上技术问题,本发明提供一种适用于低温工况的不锈钢法兰,包括通孔和法兰片,法兰片为圆盘状结构,通孔设置在法兰片的中心轴为中心线垂直法兰片设置,通孔的两端边缘处设有凸台,法兰片包括前法兰片、中法兰片组和后法兰片,且三者依次平行等间隔设置,中法兰片组由两个完全相同的法兰单元构成,且左右对称;
前法兰片、法兰单元和后法兰片的直径相等,且前法兰片与后法兰片的厚度相同,前法兰片、法兰单元和后法兰片上沿其圆周方向分别等间隔设置有4个固定孔,分别为前固定孔、中固定孔和后固定孔,其孔径大小相等且位置相对应;中法兰片组与通孔连接处的根部设有圆环状卡槽。
本发明进一步限定的技术方案是:
进一步的,前述的适用于低温工况的不锈钢法兰,圆环状卡槽的深度为5-25mm。
前述的适用于低温工况的不锈钢法兰,凸台的伸出长度为15-100mm。
本发明还设计了一种适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,工艺步骤为: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;
选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.25-0.35%,Si:0.85-1.25%,Mn:1.85-2.95%,P:0.04-0.05%,Ni:11-13%,Cr:16.5-17.5%,Nb:0.15-0.20%,Cu:0.85-0.95%,N:0.08-0.11%,Mo::2.15-2.95%,Al:0.2-0.3%,S:0.025-0.035%,Ti:0.03-0.04%,V:0.02-0.03%,B:0.002-0.004%,镧系稀土:3-5%,余量为Fe;
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%;
钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行电炉炼钢(真空电弧重熔或电渣重熔),下料时切除量为钢锭的24-26%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,本发明中控制好坯料从入炉加热到出炉锻造之间所需要的时间,700℃以后快速加热到始锻温度,在高温下停留时间短,防止晶粒的急剧增大,确保了材料的性能不受影响;
始锻温度为1100-1200℃;锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;
本发明中下料时必须有足够的切除量,为钢锭的24-26%,用以消除缩孔和偏析部分;锻造时,控制始锻温度为1100-1200℃,锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3,特别是终锻温度不能太低,否则会增加变形抗力,低于900℃不得进行锻造;
热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:
采用三段加热,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,第三段加热温度为1010-1150℃,到温后保温15-18min;
冷却时控制冷却速度为5.5-6℃每秒,冷却方式为锻件放入具有循环流动水的水池内,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃;
锻造后的热处理对F316/316L材料至关重要,是开发F316/316L材料锻件的关键因素,本发明中热处理采用固溶处理,控制加热稳固与冷却速度,使得锻造出的锻件能够适应在-196℃,同时又有晶间腐蚀的工况条件下使用,同时兼具优异的机械性能。
本发明进一步限定的技术方案是:
进一步的,前述的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,工艺步骤为: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;
选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.30%,Si:0.95%,Mn:2.65%,P:0.045%,Ni:12%,Cr:17%,Nb:0.18%,Cu:0.95%,N:0.095%,Mo::2.65%,Al:0.25%,S:0.03%,Ti:0.035%,V:0.025%,B:0.003%,镧系稀土:4%,余量为Fe;
镧系稀土的组分质量百分比为:镧:20%,铈:25%,钐:14%,钕:14%,钆:2%,镨:18%,镝:6%,其余镧系元素:1%;
钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行电炉炼钢(真空电弧重熔或电渣重熔),下料时切除量为钢锭的25%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100℃;
锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;
热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:
采用三段加热,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,第三段加热温度为1010℃,到温后保温18min;
冷却时控制冷却速度为6℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
前述的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,工艺步骤为: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;
选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.28%,Si:1.15%,Mn:2.85%,P:0.043%,Ni:11%,Cr:16.5%,Nb:0.18%,Cu:0.9%,N:0.095%,Mo::2.85%,Al:0.25%,S:0.03%,Ti:0.036%,V:0.025%,B:0.003%,镧系稀土:5%,余量为Fe;
镧系稀土的组分质量百分比为:镧:20%,铈:25%,钐:14%,钕:14%,钆:4%,镨:16%,镝:5%,其余镧系元素:2%,以上各组分之和为100%;
钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行电炉炼钢(真空电弧重熔或电渣重熔),下料时切除量为钢锭的25%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100℃;
锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;
热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:
采用三段加热,第一段加热温度为725℃,到温后保温11min,第二段加热温度为865℃,到温后保温38min,第三段加热温度为1025℃,到温后保温15min;
冷却时控制冷却速度为5.8℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
本发明的有益效果是:
本发明所设计的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,生产的法兰,其抗拉强度≥520MPa;延伸≥38%;布氏硬度180≥HB≥140;-196℃冲击功:横向侧膨胀量大于0.38mm;同时,具有良好的耐晶间腐蚀的性能。
附图说明
图1为本发明所设计的适用于低温工况的不锈钢法兰的正视图;
图2为本发明所设计的适用于低温工况的不锈钢法兰的侧面剖视图。
具体实施方式
实施例1
结构如图1和图2所示,本实施例提供的一种适用于低温工况的不锈钢法兰,包括通孔1和法兰片,法兰片为圆盘状结构,通孔1设置在法兰片的中心轴为中心线垂直法兰片设置,通孔1的两端边缘处设有凸台2,法兰片包括前法兰片6、中法兰片组4和后法兰片8,且三者依次平行等间隔设置,中法兰片组4由两个完全相同的法兰单元构成,且左右对称;
前法兰片6、法兰单元和后法兰片8的直径相等,且前法兰片6与后法兰片8的厚度相同,前法兰片6、法兰单元和后法兰片8上沿其圆周方向分别等间隔设置有4个固定孔,分别为前固定孔7、中固定孔5和后固定孔9,其孔径大小相等且位置相对应;中法兰片组4与通孔1连接处的根部设有圆环状卡槽3;圆环状卡槽3的深度为5-25mm;凸台2的伸出长度为15-100mm。
本实施例的不锈钢法兰的生产工艺步骤为: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;
选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.30%,Si:0.95%,Mn:2.65%,P:0.045%,Ni:12%,Cr:17%,Nb:0.18%,Cu:0.95%,N:0.095%,Mo::2.65%,Al:0.25%,S:0.03%,Ti:0.035%,V:0.025%,B:0.003%,镧系稀土:4%,余量为Fe;
镧系稀土的组分质量百分比为:镧:20%,铈:25%,钐:14%,钕:14%,钆:2%,镨:18%,镝:6%,其余镧系元素:1%;
钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行电炉炼钢(真空电弧重熔或电渣重熔),下料时切除量为钢锭的25%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100℃;
锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;
热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:
采用三段加热,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,第三段加热温度为1010℃,到温后保温18min;
冷却时控制冷却速度为6℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
实施例2
结构如图1和图2所示,本实施例提供的一种适用于低温工况的不锈钢法兰,包括通孔1和法兰片,法兰片为圆盘状结构,通孔1设置在法兰片的中心轴为中心线垂直法兰片设置,通孔1的两端边缘处设有凸台2,法兰片包括前法兰片6、中法兰片组4和后法兰片8,且三者依次平行等间隔设置,中法兰片组4由两个完全相同的法兰单元构成,且左右对称;
前法兰片6、法兰单元和后法兰片8的直径相等,且前法兰片6与后法兰片8的厚度相同,前法兰片6、法兰单元和后法兰片8上沿其圆周方向分别等间隔设置有4个固定孔,分别为前固定孔7、中固定孔5和后固定孔9,其孔径大小相等且位置相对应;中法兰片组4与通孔1连接处的根部设有圆环状卡槽3;圆环状卡槽3的深度为5-25mm;凸台2的伸出长度为15-100mm。
本实施例的生产工艺步骤为: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;
选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.28%,Si:1.15%,Mn:2.85%,P:0.043%,Ni:11%,Cr:16.5%,Nb:0.18%,Cu:0.9%,N:0.095%,Mo::2.85%,Al:0.25%,S:0.03%,Ti:0.036%,V:0.025%,B:0.003%,镧系稀土:5%,余量为Fe;
镧系稀土的组分质量百分比为:镧:20%,铈:25%,钐:14%,钕:14%,钆:4%,镨:16%,镝:5%,其余镧系元素:2%,以上各组分之和为100%;
钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行电炉炼钢(真空电弧重熔或电渣重熔),下料时切除量为钢锭的25%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100℃;
锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;
热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:
采用三段加热,第一段加热温度为725℃,到温后保温11min,第二段加热温度为865℃,到温后保温38min,第三段加热温度为1025℃,到温后保温15min;
冷却时控制冷却速度为5.8℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,其特征在于,所述法兰包括通孔(1)和法兰片,所述法兰片为圆盘状结构,所述通孔(1)设置在所述法兰片的中心轴为中心线垂直所述法兰片设置,所述通孔(1)的两端边缘处设有凸台(2),所述法兰片包括前法兰片(6)、中法兰片组(4)和后法兰片(8),且三者依次平行等间隔设置,所述中法兰片组(4)由两个完全相同的法兰单元构成,且左右对称;
所述前法兰片(6)、法兰单元和后法兰片(8)的直径相等,且前法兰片(6)与后法兰片(8)的厚度相同,所述前法兰片(6)、法兰单元和后法兰片(8)上沿其圆周方向分别等间隔设置有4个固定孔,分别为前固定孔(7)、中固定孔(5)和后固定孔(9),其孔径大小相等且位置相对应;所述中法兰片组(4)与通孔(1)连接处的根部设有圆环状卡槽(3);
工艺步骤为: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;选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.25-0.35%,Si:0.85-1.25%,Mn:1.85-2.95%,P:0.04-0.05%,Ni:11-13%,Cr:16.5-17.5%,Nb:0.15-0.20%,Cu:0.85-0.95%,N:0.08-0.11%,Mo:2.15-2.95%,Al:0.2-0.3%,S:0.025-0.035%,Ti:0.03-0.04%,V:0.02-0.03%,B:0.002-0.004%,镧系稀土:3-5%,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%,以上各组分之和为100%;钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行真空电弧重熔或电渣重熔,下料时切除量为钢锭的24-26%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100-1200℃;锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:采用三段加热,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,第三段加热温度为1010-1150℃,到温后保温15-18min;冷却时控制冷却速度为5.5-6℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
2.根据权利要求1所述的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,其特征在于,所述圆环状卡槽(3)的深度为5-25mm。
3.根据权利要求1所述的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,其特征在于,所述凸台(2)的伸出长度为15-100mm。
4.根据权利要求1所述的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,其特征在于,工艺步骤为: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;选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.30%,Si:0.95%,Mn:2.65%,P:0.045%,Ni:12%,Cr:17%,Nb:0.18%,Cu:0.95%,N:0.095%,Mo:2.65%,Al:0.25%,S:0.03%,Ti:0.035%,V:0.025%,B:0.003%,镧系稀土:4%,余量为Fe;所述镧系稀土的组分质量百分比为:镧:20%,铈:25%,钐:14%,钕:14%,钆:2%,镨:18%,镝:6%,其余镧系元素:1%;钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行真空电弧重熔或电渣重熔,下料时切除量为钢锭的25%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100℃;锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:采用三段加热,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,第三段加热温度为1010℃,到温后保温18min;冷却时控制冷却速度为6℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
5.根据权利要求1所述的适用于低温工况的不锈钢法兰的生产工艺,其特征在于,工艺步骤为: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;选用坯料为F316/316L材料,其化学成分的质量百分比为:C:0.28%,Si:1.15%,Mn:2.85%,P:0.043%,Ni:11%,Cr:16.5%,Nb:0.18%,Cu:0.9%,N:0.095%,Mo:2.85%,Al:0.25%,S:0.03%,Ti:0.036%,V:0.025%,B:0.003%,镧系稀土:5%,余量为Fe;所述镧系稀土的组分质量百分比为:镧:20%,铈:25%,钐:14%,钕:14%,钆:4%,镨:16%,镝:5%,其余镧系元素:2%,以上各组分之和为100%;钢坯下料:分析合格后,选用5000Kg以下的合金坯料进行真空电弧重熔或电渣重熔,下料时切除量为钢锭的25%;坯料在电炉中加热至700℃后,控制在3分钟内快速加热至始锻温度,始锻温度为1100℃;锻造:锻造方法选用自由锻,终锻温度控制>900℃,控制锻造比>3;热处理:热处理采用固溶处理,热处理设备采用罩式炉,具体为:采用三段加热,第一段加热温度为725℃,到温后保温11min,第二段加热温度为865℃,到温后保温38min,第三段加热温度为1025℃,到温后保温15min;冷却时控制冷却速度为5.8℃每秒,保证锻件能够在3分钟内冷却至40℃。
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