CN117583831A - 一种不锈钢法兰的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢法兰的加工方法，属于法兰加工技术领域。为了解决现有的耐低温性能和抗裂性不佳的问题，提供一种不锈钢法兰的加工方法，该方法包括将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，使坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度，对加热后的坯料进行锻造使锻压成型并利用冲头对不锈钢坯料进行冲孔，再进行碾环扩大坯料的中心孔得到法兰坯料；先在940℃～950℃的温度下进行正火处理，冷却，再升温进行回火处理；进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰，再进行渗氮处理得到成品法兰。能够更有效的提升材料的耐低温冲击性能，整体的抗拉强度≥560Mpa，屈服强度≥680Mpa。

Description

一种不锈钢法兰的加工方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢法兰的加工方法，属于法兰加工技术领域。
背景技术
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，也是法兰生产加工中较为常用的一种生产方式。
锻造法兰加工一般包括切割方坯、加热使坯料的温度大于再结晶温度并且小于固相线的温度，再进行锻造并利用冲头对坯料进行冲孔，将坯料安装于碾环机上进行碾环扩大中心孔，还可以在碾环同时对坯料的端面侧壁靠近外圆的边缘处施加轴向压力，使坯料端面侧壁形成法兰颈，退火，然后进行机加工，包括车削和钻孔，得到成品法兰。
法兰作为连接件广泛应用于机械领域中，由于经常不可避免地应用于大型机械系统中，所以对于法兰强度要求较高，法兰的种类主要包括平焊法兰、承插法兰、对焊法兰等等，法兰也称为法兰盘，法兰应用于管道连接时到处可见，通过一对互相配合的法兰，将管道进行很好的连接。
但随着经济的发展和工业水平的提升，对于法兰的质量要求也越来越高，对于一般的法兰来说，采用普通不锈钢材料即可实现，而对于耐低温的法兰有采用碳钢材料，但碳钢法兰的韧脆转变温度较高，在-20℃以下材料即呈脆性，冲击值kV接近于零，而要提高碳钢材料的耐低温冲击韧性和保证强度性能，为了提升碳钢的耐低温冲击性能和兼具强度有不易开裂的性能，需要对锻造工艺和碳钢材料作探索性的创新开发。如现有文献中有提及到的耐低温碳锰钢具有低合金和高强度等性能，主要是合金Mn元素含量在1.2％～1.6％，但是现有的碳锰钢法兰耐低温冲击的性能还不是很好，不能适用更高要求的法兰产品，如冲击值KV从常规标准中的KV(-20℃)≥27J只能提高到KV(-45℃)≥34J，且对于使用过程中出现裂纹的缺陷仍会存在，这就导致法兰在使用过程中因开裂而出现物料泄漏的缺陷存在。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供一种不锈钢法兰的加工方法，解决的问题是如何提高抗裂性和耐低温冲击强度性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种不锈钢法兰的加工方法，该方法包括以下步骤：
A、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，使坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度，所述碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.16％～0.18％；Mn：1.25％～1.45％；Si：0.22％～0.35％；Al：0.02％～0.05％；Zr：0.12％～0.13％；Sr：0.11％～0.12％；In：0.06％～0.08％；Nb：0.05％～0.07％；Co：0.05％～0.1％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁；
B、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型并利用冲头对不锈钢坯料进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到法兰坯料；
C、将得到的法兰坯料先在940℃～950℃的温度下进行正火处理，正火处理结束后冷却至530℃～550℃，再升温控制温度在640℃～680℃回火处理，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
D、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰。
本发明通过采用上述元素含量的碳锰钢并加热至坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度，能够使坯料的表面及内部温度均能实现奥氏体均匀化，再进行锻造处理和碾环扩孔，之后不直接进行退火，而是先进行正火处理并控制温度在940℃～950℃的温度下，目的是为了细化晶料，使组织进行充分均匀化，能够使得到的材料具有耐低温冲击韧性的特性，同时在正火处理之后降温至530℃～550℃后，再升温到640℃～680℃回火处理，不仅能有效减少夹杂物，减少马氏体组织的生成和增加粒状珠光体的生成，使奥氏体均匀化更充分，还能够有效消除组织内应力和残余应力，具有高强度性能和抗冲击韧性的优异表现，元素成分中添加的Mo元素的控制对耐腐蚀性有较好的提升效果，而控制在很少量范围的目的是结合本发明的碳锰钢材料使能保证材料的韧性不会受该元素的影响；且更重要的是，本发明通过对采用的碳锰钢材料使用的元素成分进行改善，在本发明的碳锰钢材料中少量添加Nb(铌)元素能大幅度提升了材料的耐低温冲击性能，同时使采用的材料中(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％内，这里的Ni元素不等于零，并同时添加少量的Zr、Nb和Co元素的协同作用，以及结合添加的Sr和In元素，不仅能够更有效的提升材料的耐低温冲击强度性能，以及具有高韧性和塑性，使稳定实现KV(-60℃)≥100J的优异耐低温的韧性冲击性能；上述元素的协同作用还能更有效的提升强度性能，且上述元素体系中Sr和In的用量控制也很是关键，如果添加的量过多反而会使加工的产品强度性能变差，所以对于各元素的用量控制也是必不可少的，从而使采用上述碳锰钢材料加工而成的法兰体的抗拉强度≥560Mpa，屈服强度≥680Mpa，从而使能实现采用该材料加工的法兰不易出现裂纹现象，提高整体的使用寿命。
在上述不锈钢法兰的加工方法中，作为优选，所述Mn：(Zr+Co+Nb)的质量比为6.3：1.1～1.2。能够更进一步的提升材料的耐低温抗冲击性能和避免出现微裂纹的优异表现。
在上述不锈钢法兰的加工方法中，作为优选，步骤A中所述加热的温度为1200℃～1230℃。能够使碳锰钢坯料在加热过程中表面及内部的温度基本一致，使奥氏体均匀化更充分，提高材料的整体性能。作为进一步的优选，步骤A中在对坯料进行加热时最好先加热至780℃～800℃并保温0.5小时～1小时，再加热升温至880℃～920℃并进行保温1～1.5小时，再加热至1200℃～1230℃进行保温4～5小时。有利于避免升温过快而导致材料的芯部和表面的温差较大，更有效的避免产生温度应力和出现芯部开裂的现象，又能使组织晶粒细化更均匀，提高强度性能。
在上述不锈钢法兰的加工方法中，作为优选，步骤B中所述锻造的温度控制在1210℃～850℃。
在上述不锈钢法兰的加工方法中，作为优选，步骤C中所述正火处理的升温速度控制在15℃/min～20℃/min。通过升温速率的控制能使晶粒细化更均匀，使形成的组织更致密性，有利于更进一步的提升材料的强度性能和韧性，也能避免产生新的内应力。
在上述不锈钢法兰的加工方法中，作为优选，步骤C中所述正火处理结束后的冷却速度控制在35℃/min～40℃/min。能更好的消除局部应力，有效的保证产品的材料。
在上述不锈钢法兰的加工方法中，作为优选，步骤D中所述渗氮处理具体为：
将半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至600℃～630℃，保温30～40min后，进行渗氮处理，所述渗氮处理时的电压为500V～650V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却。能够使法兰的表面具有更优异的表现，进一步的提升表面强度性能。进一步的可以使氮气与氢气的流量比为1：0.9。作为进一步的优选，所述不锈钢法兰的表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。这样还能更有效的保证法兰的内部组织的性能，使内部组织仍具有较好的耐冲击性能和抗开裂的性能。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明通过在碳锰钢材料中少量添加Nb(铌)元素能大幅度提升材料的耐低温的冲击性能，同时使采用的材料中(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，并同时添加少量的Zr、Nb和Co元素的协同作用，以及结合添加的Sr和In元素；能够更有效的提升材料的耐低温冲击性能，实现KV(-60℃)≥100J优异耐低温韧性的冲击性能；整体的抗拉强度≥560Mpa，屈服强度≥680Mpa，从而使能实现采用该材料加工的法兰不易出现裂纹现象，提高整体的使用寿命。
2.通过控制Mn：(Zr+Co+Nb)的质量比，能够更进一步的提升材料的耐低温抗冲击性能且耐开裂的优异表现，具有更优异的抗拉强度和屈服强度性能。
3.通过渗氮处理能够提升表面的强度性能，使表面具有较高的性能指标。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例的不锈钢法兰的加工方法包括以下步骤：
步骤一、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，具体是先加热升温至780℃～800℃并保温0.5小时～1小时，再加热升温至880℃～920℃并进行保温1.5小时，再加热至1200℃～1230℃进行保温4～5小时，使坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度，上述采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.16～0.18％；Mn：1.25％～1.45％；Si：0.22％～0.35％；Al：0.02％～0.05％；Zr：0.12％～0.13％；Sr：0.11％～0.12％；In：0.06％～0.08％；Nb：0.05％～0.07％；Co：0.05％～0.1％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁；最好使上述的Mn：(Zr+Co+Nb)的质量比为6.3：1.1～1.2；
步骤二、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型为圆型，锻造过程中控制温度在1210℃～850℃进行镦粗，镦粗后利用空气锤对坯料中心处进行锤击，使坯料中心位置的厚度变薄，并利用冲头对不锈钢坯料的中心位置进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到相应的法兰坯料；
步骤三、将得到的法兰坯料先在940℃～950℃的温度下进行正火处理12小时，正火处理结束后，控制降温速度为35℃/min～40℃/min的条件下进行冷却至530℃～550℃，然后，再升温控制温度在640℃～680℃进行回火处理5小时，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
步骤四、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰和在法兰的周向钻出用于固定的法兰固定孔，这里的车削和钻孔按照常规的法半加工即可，对于法兰可以根据需要加工成平焊法兰、对焊法兰或承插法兰等法兰种类，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰，具体的渗氮处理为：
将上述半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，流量比为1：0.9，并控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至600℃～630℃，保温30～40min后，进行渗氮处理，且渗氮处理时的电压为500V～650V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却，得到成品不锈钢法兰。将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)≥100J；使整体的抗拉强度≥560Mpa，屈服强度≥680Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘没有出现裂纹现象，抗裂性强，产品质量品质高。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
实施例2
本实施例的不锈钢法兰的加工方法包括以下步骤：
步骤一、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，具体是先加热升温至780℃并保温1小时，再加热升温至920℃并进行保温1.5小时，再加热至1200℃～1230℃进行保温5小时，使坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度，上述采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.18％；Mn：1.45％；Si：0.35％；Al：0.05％；Zr：0.13％；Sr：0.11％；In：0.06％；Nb：0.07％；Co：0.1％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁；
步骤二、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型为圆型，锻造过程中控制温度在1210℃～850℃进行镦粗，镦粗后利用空气锤对坯料中心处进行锤击，使坯料中心位置的厚度变薄，并利用冲头对不锈钢坯料的中心位置进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到相应的法兰坯料；
步骤三、将得到的法兰坯料先在945℃～950℃的温度下进行正火处理13小时，正火升温速率控制在15℃/min～20℃/min，正火处理结束后，控制降温速度为35℃/min～40℃/min的条件下进行冷却至550℃，然后，再升温控制温度在680℃进行回火处理6小时，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
步骤四、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰和在法兰的周向钻出用于固定的法兰固定孔，这里的车削和钻孔按照一般的法半加工即可，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰，具体的渗氮处理为：
将上述半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，流量比为1：0.9，并控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至630℃，保温40min后，进行渗氮处理，且渗氮处理时的电压为600V～650V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却，得到成品不锈钢法兰。将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为108J；使整体的抗拉强度为613Mpa，屈服强度为724Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘没有出现裂纹现象，表明具有抗裂性强的优点，产品质量品质高。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
实施例3
本实施例的不锈钢法兰的加工方法包括以下步骤：
步骤一、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，具体是先加热升温至780℃并保温0.5小时，再加热升温至880℃并进行保温1.5小时，再加热至1200℃进行保温4小时，上述采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.16％；Mn：1.25％；Si：0.22％；Al：0.02％；Zr：0.12％；Sr：0.12％；In：0.08％；Nb：0.06％；Co：0.05％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁；
步骤二、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型为圆型，锻造过程中控制温度在1210℃～850℃进行镦粗，镦粗后利用空气锤对坯料中心处进行锤击，使坯料中心位置的厚度变薄，并利用冲头对不锈钢坯料的中心位置进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到相应的法兰坯料；
步骤三、将得到的法兰坯料先在940℃的温度下进行正火处理13小时，最好使正火升温速率控制在15℃/min～20℃/min，正火处理结束后，控制降温速度为35℃/min～40℃/min的条件下进行冷却至550℃，然后，再升温控制温度在640℃进行回火处理5小时，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
步骤四、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰和在法兰的周向钻出用于固定的法兰固定孔，这里的车削和钻孔按照常规的法半加工即可，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰，具体的渗氮处理为：
将上述半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，流量比为1：0.9，并控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至600℃，保温30～40min后，进行渗氮处理，且渗氮处理时的电压为500V～550V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却，得到成品不锈钢法兰。
将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为112J；使整体的抗拉强度为615Mpa，屈服强度为726Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘没有出现裂纹现象，表明具有抗裂性强的优点，产品质量品质高。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
实施例4
本实施例的不锈钢法兰的加工方法包括以下步骤：
步骤一、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，具体是先加热升温至780℃～800℃并保温0.5小时～1小时，再加热升温至880℃～920℃并进行保温1.5小时，再加热至1200℃～1230℃进行保温4～5小时，使坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度，上述采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.17％；Mn：1.35％；Si：0.30％；Al：0.03％；Zr：0.12％；Sr：0.12％；In：0.07％；Nb：0.05％；Co：0.07％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Ni+Nb)≤0.45％，余量为铁；
步骤二、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型为圆型，锻造过程中控制温度在1210℃～850℃进行镦粗，镦粗后利用空气锤对坯料中心处进行锤击，使坯料中心位置的厚度变薄，并利用冲头对不锈钢坯料的中心位置进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到相应的法兰坯料；
步骤三、将得到的法兰坯料先在945℃的温度下进行正火处理12小时，正火升温速率控制在15℃/min～20℃/min，正火处理结束后，控制降温速度为35℃/min～40℃/min的条件下进行冷却至545℃，然后，再升温控制温度在670℃进行回火处理5小时，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
步骤四、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰和在法兰的周向钻出用于固定的法兰固定孔，这里的车削和钻孔按照常规的法兰加工即可，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰，具体的渗氮处理为：
将上述半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，流量比为1：0.9，并控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至600℃～630℃，保温30～40min后，进行渗氮处理，且渗氮处理时的电压为550V～600V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却，得到成品不锈钢法兰。
将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为109J；使整体的抗拉强度为614Mpa，屈服强度为727Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘没有出现裂纹现象，表明具有抗裂性强的优点，产品质量品质高。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
实施例5
本实施例的法兰具体加工方法同实施例2一致，这里不再赘述，区别仅在于其中的碳锰钢材料的选择不同。
本例中采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.18％；Mn：1.26％；Si：0.22％；Al：0.05％；Zr：0.12％；Sr：0.11％；In：0.07％；Nb：0.06％；Co：0.06％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁；
将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为112J；使整体的抗拉强度为623Mpa，屈服强度为741Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘没有出现裂纹现象，表明具有抗裂性强的优点，产品质量品质高。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
比较例1
为了说明本发明的碳锰钢材料中的元素选择的特定性，本例通过不添加Nb和Zr元素进行相应的实验，本例的法兰具体的加工方法同实施例3一致，区别仅在于其中的碳锰钢材料的选择不同。
本例的不锈钢法兰的加工方法包括以下步骤：
步骤一、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，具体是先加热升温至780℃并保温0.5小时，再加热升温至880℃并进行保温1.5小时，再加热至1200℃进行保温4小时，上述采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.16％；Mn：1.25％；Si：0.22％；Al：0.02％；Sr：0.12％；In：0.08％；Co：0.05％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Ni)≤0.45％，余量为铁；
步骤二、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型为圆型，锻造过程中控制温度在1210℃～850℃进行镦粗，镦粗后利用空气锤对坯料中心处进行锤击，使坯料中心位置的厚度变薄，并利用冲头对不锈钢坯料的中心位置进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到相应的法兰坯料；
步骤三、将得到的法兰坯料先在940℃的温度下进行正火处理13小时，正火处理结束后，控制降温速度为35℃/min～40℃/min的条件下进行冷却至550℃，然后，再升温控制温度在640℃进行回火处理5小时，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
步骤四、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰和在法兰的周向钻出用于固定的法兰固定孔，这里的车削和钻孔按照常规的法半加工即可，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰，具体的渗氮处理为：
将上述半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，流量比为1：0.9，并控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至600℃，保温30～40min后，进行渗氮处理，且渗氮处理时的电压为500V～550V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却，得到成品不锈钢法兰。
将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为55J；使整体的抗拉强度为358Mpa，屈服强度为493Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘在使用过程中有出现局部微裂纹现象，抗冲击强度性能变差。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
比较例2
为了说明本发明的碳锰钢材料中的元素选择的特定性，本例通过不添加Zr和Co元素进行相应的实验验证，本例的法兰具体的加工方法同实施例3一致，这里不再赘述，区别仅在于其中的碳锰钢材料的选择不同。
本例中采用的碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.16％；Mn：1.25％；Si：0.22％；Al：0.02％；Sr：0.12％；In：0.08％；Nb：0.06％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁。
将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为62J；使整体的抗拉强度为366Mpa，屈服强度为499Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘有出现局部微裂纹现象，抗冲击强度性能变差。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
比较例3
为了说明本发明的碳锰钢材料中的元素选择的特定性，本例通过不添加Zr、Nb和Co元素进行相应的实验，本例的法兰具体的加工方法同实施例3一致，这里不再赘述，区别仅在于其中的碳锰钢材料的选择不同。
C：0.16％；Mn：1.25％；S i：0.22％；Al：0.02％；Sr：0.12％；In：0.08％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Ni)≤0.45％，余量为铁。
将得到的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为48J；使整体的抗拉强度为338Mpa，屈服强度为479Mpa，且在使用过程中法兰中心孔的边缘有出现局部微裂纹现象，抗冲击强度性能变差。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
从上述比较例1-3可知，本发明的碳锰钢材料中添加的元素Zr、Nb和Co元素对产品性能的影响是具有明显的影响。
比较例4
为了说明添加的Sr和In元素对产品强度性能的影响，本例通过添加过量的上述两种元素进行验证。本例的法兰具体的加工方法同实施例4一致，这里不再赘述，区别仅在于其中的碳锰钢材料的选择不同。
本例中采用的碳锰钢材料包括以下成分的质量百分数：
采用的碳锰钢材料包括以下成分的质量百分数：
C：0.17％；Mn：1.35％；Si：0.30％；Al：0.03％；Zr：0.12％；Sr：0.21％；In：0.13％；Nb：0.05％；Co：0.07％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Ni+Nb)≤0.45％，余量为铁；
将采用上述材料加工的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为75J；使整体的抗拉强度为478Mpa，屈服强度为574Mpa。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
比较例5
为了说明添加的Sr和In元素对产品强度性能的影响，本例通过不添加上述两种元素进行验证。本例的法兰具体的加工方法同实施例4一致，这里不再赘述，区别仅在于其中的碳锰钢材料的选择不同。
本例中采用的碳锰钢材料包括以下成分的质量百分数：
采用的碳锰钢材料包括以下成分的质量百分数：
C：0.17％；Mn：1.35％；Si：0.30％；Al：0.03％；Zr：0.12％；Nb：0.05％；Co：0.07％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Ni+Nb)≤0.45％，余量为铁；
将采用上述材料加工的法兰进行性能测试，结果表明KV(-60℃)为69J；使整体的抗拉强度为468Mpa，屈服强度为571Mpa。法兰表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、根据法兰盘的尺寸要求，将选用的切割后的碳锰钢材料的不锈钢坯料放置于加热炉中进行加热，使坯料的温度高于再结晶温度且小于固相线的温度；所述碳锰钢材料包括以下元素成分的质量百分数：
C：0.16％～0.18％；Mn：1.25％～1.45％；Si：0.22％～0.35％；Al：0.02％～0.05％；Zr：0.12％～0.13％；Sr：0.11％～0.12％；In：0.06％～0.08％；Nb：0.05％～0.07％；Co：0.05％～0.1％；P≤0.025％；S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.25％，Mo≤0.05％,且(Cr+Mo+Nb+Ni)≤0.45％，余量为铁；
B、利用压力机对加热后的坯料进行锻造使锻压成型并利用冲头对不锈钢坯料进行冲孔，再将冲孔后的坯料放置在碾环机中进行碾环，扩大坯料的中心孔，得到法兰坯料；
C、将得到的法兰坯料先在940℃～950℃的温度下进行正火处理，正火处理结束后冷却至530℃～550℃，再升温控制温度在640℃～680℃回火处理，结束后进行空冷，得到热处理后的法兰坯料；
D、再通过机加工进行车削和钻孔，得到相应尺寸的半成品法兰，再将半成品法兰进行渗氮处理得到成品法兰。
2.根据权利要求2所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，所述Mn：(Zr+Co+Nb)的质量比为6.3：1.1～1.2。
3.根据权利要求1或2所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，步骤A中所述加热的温度为1200℃～1230℃。
4.根据权利要求1或2所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，步骤B中所述锻造的温度控制在1210℃～850℃。
5.根据权利要求2所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，步骤C中所述正火处理的升温速度控制在15℃/min～20℃/min。
6.根据权利要求2或3所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，步骤C中所述正火处理结束后的冷却速度控制在35℃/min～40℃/min。
7.根据权利要求1-5任意一项所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，步骤D中所述渗氮处理具体为：
将半成品法兰放入离子氮化炉内，抽真空至0.5pa～10pa，充入氮气与氢气，控制离子氮化炉内气压为300pa～500Pa后，加热至600℃～630℃，保温30～40min后，进行渗氮处理，所述渗氮处理时的电压为500V～650V，渗氮处理结束后，随炉冷却至150℃后，再进行空气冷却。
8.根据权利要求7所述不锈钢法兰的加工方法，其特征在于，所述不锈钢法兰的表面渗氮层厚度控制在0.03μm～0.04μm。
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