CN104004971B - 一种合金材料法兰及其锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金材料法兰及其锻造工艺，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.7-12.9%、铬25.3-25.5%、碳0.1-0.12%、硅0.17-0.19%、锰0.72-0.79%、硫0.0015-0.0035%、钼2.25-2.35%、钛3.25-3.45%、铝3-3.25%、铜1.25-1.85%、磷0.015-0.017%、钨0.9-1.1%、硼0.018-0.022%、铌0.9-1.1%、稀土元素0.11-0.13%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12-18%、铒6-11%、镝19-25%、钆16-26%、铈8-17%、镧13-18%和钍15-22%。通过对原材料进行化学分析、锻造的温度和锻造比的控制、锻造后的固溶处理、热处理以及之后的结构硬化处理，使得锻造出的锻件能够适应在含硫和含磷成分较高的工况条件下使用，并具有良好的机械性能，该合金材料具有优异的耐应力腐蚀开裂性能，耐点腐蚀、缝隙腐蚀性能，同时具有良好的抗氧化性和非氧化性热酸性能，在室温至550℃的高温下都能保证稳定的机械性能。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，涉及一种合金材料的锻造加工，具体地说是一种合金材料法兰及其锻造工艺。
背景技术
在现代工业的连续生产中，尤其是在石油化工行业中，在高温高压的作用下，法兰受介质腐蚀、冲刷、温度、压力、震动等因素的影响，会不可避免的出现泄露问题。由于密封面加工尺寸的误差，密封元件的老化以及安装紧固不当等原因极易造成法兰的渗漏。如果不能及时治理法兰渗漏问题，在介质的冲刷下会使渗漏迅速扩大，造成物料的损失，生产环境的破坏，导致企业停机停产，造成巨大的经济损失。如果是有毒有害、易燃易爆的介质泄漏，还有可能造成人员中毒、火灾爆炸等重大事故。
传统解决法兰渗漏的方法为更换密封元件和涂抹密封胶或者更换法兰及管道，但该方法具有很大的局限性，且有的渗漏受工作环境安全的要求限制，无法现场进行解决。于是寻求耐腐蚀材料成为实际工程技术中的难点和重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为克服现有技术的缺点，提供一种合金材料法兰及其锻造工艺，该合金材料法兰具有优异的耐应力腐蚀开裂性能，耐点腐蚀、缝隙腐蚀性能，同时具有良好的抗氧化性和非氧化性热酸性能，在室温至550℃的高温下都能保证稳定的机械性能。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种合金材料法兰，其重量百分比化学成分为：镍12.7-12.9%、铬25.3-25.5%、碳0.1-0.12%、硅0.17-0.19%、锰0.72-0.79%、硫0.0015-0.0035%、钼2.25-2.35%、钛3.25-3.45%、铝3-3.25%、铜1.25-1.85%、磷0.015-0.017%、钨0.9-1.1%、硼0.018-0.022%、铌0.9-1.1%、稀土元素0.11-0.13%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12-18%、铒6-11%、镝19-25%、钆16-26%、铈8-17%、镧13-18%和钍15-22%。
本发明还提供一种合金材料法兰，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.7%、铬25.3%、碳0.1%、硅0.17%、锰0.72%、硫0.0015%、钼2.25%、钛3.25%、铝3%、铜1.25%、磷0.015%、钨0.9%、硼0.018%、铌0.9%、稀土元素0.11%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12%、铒6%、镝19%、钆26%、铈8%、镧14%和钍15%。
本发明还提供一种合金材料法兰，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.9%、铬25.5%、碳0.12%、硅0.19%、锰0.79%、硫0.0035%、钼2.35%、钛3.45%、铝3.25%、铜1.85%、磷0.017%、钨1.1%、硼0.022%、铌1.1%、稀土元素0.13%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12%、铒11%、镝19%、钆16%、铈8%、镧18%和钍16%。
本发明还提供一种合金材料法兰，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.8%、铬25.4%、碳0.11%、硅0.18%、锰0.76%、硫0.0025%、钼2.30%、钛3.35%、铝3.15%、铜1.55%、磷0.016%、钨1.0%、硼0.020%、铌1.0%、稀土元素0.12%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12%、铒8%、镝21%、钆16%、铈8%、镧13%和钍22%。
本发明进一步限定的技术方案是：
本发明还提供一种合金材料法兰的锻造工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：先用化学分析仪器对合金坯料进行化学分析，确保其化学成份符合上述合金材料的成份要求；
步骤（2）：步骤（1）分析合格后，选用5000Kg以下的合金坯料，采用电炉炼钢，在3500℃下对坯料进行熔炼；
步骤（3）：将步骤（2）中经过高温熔炼的合金坯料进炉保温在940-980℃，保温3-6h后进行锻造，去除氧化皮，并预成型；
步骤（4）：将步骤（3）得到的预成型合金坯料在920-950℃下进行锻造终端成型，终锻温度控制在900℃以上，当低于此温度时，须增加火次，控制锻造比≥3；
步骤（5）：将步骤（4）中终端成型后的合金坯料切边，并将切边后的合金坯料保持在1150-1180℃温度下3-6h；
步骤（6）：将步骤（5）中得到的合金坯料进行热处理，处理方法为固溶处理，热处理设备采用罩式炉，热处理温度范围为980-1200℃，保温时间为25-35min，然后将合金坯料在5分钟内冷却到38-42℃，得到法兰坯料；
步骤（7）：将上述热处理后的法兰坯料进行结构硬化处理，处理的方法为：在700-750℃下保温8h，然后随炉冷却到600-650℃左右时，再在此温度范围保温10小时，随后在空气中冷却至室温；
步骤（8）：将上述冷却至室温的法兰坯料通过超声波检测其内部的锻造质量，并取样对锻件的机械性能进行分析，以上监测分析均合格后，将法兰坯料收集备用。
进一步的，前述合金材料法兰的锻造工艺，步骤（5）中将终端成型后的合金坯料进行切边，切除量为钢锭总重的25%；步骤（6）中，将合金坯料在5分钟内冷却到38-42℃，采用的冷却方法是将合金坯料快速放入盛有循环流动水流的水池内。
本发明的有益效果是：
本发明的用于制造法兰的合金材料中含铬25.3-25.5%，其中铬起抗氧化和抗腐蚀作用，在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力，甚至可在1000～1100℃温度下长期使用；其中含铜1.25-1.85%，钼2.25-2.35%，可提高耐各种酸腐蚀和应力腐蚀的能力；其中含铝3-3.25%，使得合金具有较高的电阻率、较低的电阻率温度系数和良好的耐蚀性，提高合金材料的抗氧化性，耐高温强度。
加入0.11-0.13%的稀土元素到合金材料中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善合金的加工性能，尤其是镍合金中，可以在很大程度上改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。
本发明采用自由锻的方式，消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。
通过对原材料进行化学分析、锻造的温度和锻造比的控制、锻造后的固溶处理、热处理以及之后的结构硬化处理，使得锻造出的锻件能够适应在含硫和含磷成分较高的工况条件下使用，并具有良好的机械性能，同时可达到以下机械性能：
①法兰常温抗拉强度≥1275MPa；
②法兰高温（250℃）抗拉强度≥945MPa；
③法兰布氏硬度HB≥330。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种合金材料法兰，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.7%、铬25.3%、碳0.1%、硅0.17%、锰0.72%、硫0.0015%、钼2.25%、钛3.25%、铝3%、铜1.25%、磷0.015%、钨0.9%、硼0.018%、铌0.9%、稀土元素0.11%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12%、铒6%、镝19%、钆26%、铈8%、镧14%和钍15%。
本实施例还提供一种合金材料法兰的锻造工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：先用化学分析仪器对合金坯料进行化学分析，确保其化学成份符合上述合金材料的成份要求；
步骤（2）：步骤（1）分析合格后，选用5000Kg的合金坯料，采用电炉炼钢，在3500℃下对坯料进行熔炼；
步骤（3）：将步骤（2）中经过高温熔炼的合金坯料进炉保温在940℃，保温6h后进行锻造，去除氧化皮，并预成型；
步骤（4）：将步骤（3）得到的预成型合金坯料在920℃下进行锻造终端成型，终锻温度控制在900℃以上，当低于此温度时，须增加火次，控制锻造比为3；
步骤（5）：将步骤（4）中终端成型后的合金坯料切边，并将切边后的合金坯料保持在1150℃温度下6h；
步骤（6）：将步骤（5）中得到的合金坯料进行热处理，处理方法为固溶处理，热处理设备采用罩式炉，热处理温度范围为980℃，保温时间为35min，然后将合金坯料在5分钟内冷却到38℃，得到法兰坯料；
步骤（7）：将上述热处理后的法兰坯料进行结构硬化处理，处理的方法为：在700℃下保温8h，然后随炉冷却到600℃左右时，再在此温度范围保温10小时，随后在空气中冷却至室温；
步骤（8）：将上述冷却至室温的法兰坯料通过超声波检测其内部的锻造质量，并取样对锻件的机械性能进行分析，以上监测分析均合格后，将法兰坯料收集备用。
其中，步骤（5）中将终端成型后的合金坯料进行切边，切除量为钢锭总重的25%；步骤（6）中，将合金坯料在5分钟内冷却到38℃，采用的冷却方法是将合金坯料快速放入盛有循环流动水流的水池内。
实施例2
本实施例提供一种合金材料法兰，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.9%、铬25.5%、碳0.12%、硅0.19%、锰0.79%、硫0.0035%、钼2.35%、钛3.45%、铝3.25%、铜1.85%、磷0.017%、钨1.1%、硼0.022%、铌1.1%、稀土元素0.13%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12%、铒11%、镝19%、钆16%、铈8%、镧18%和钍16%。
本实施例还提供一种合金材料法兰的锻造工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：先用化学分析仪器对合金坯料进行化学分析，确保其化学成份符合上述合金材料的成份要求；
步骤（2）：步骤（1）分析合格后，选用4800Kg以下的合金坯料，采用电炉炼钢，在3500℃下对坯料进行熔炼；
步骤（3）：将步骤（2）中经过高温熔炼的合金坯料进炉保温在980℃，保温3h后进行锻造，去除氧化皮，并预成型；
步骤（4）：将步骤（3）得到的预成型合金坯料在950℃下进行锻造终端成型，终锻温度控制在900℃以上，当低于此温度时，须增加火次，控制锻造比为3.2；
步骤（5）：将步骤（4）中终端成型后的合金坯料切边，并将切边后的合金坯料保持在1180℃温度下3h；
步骤（6）：将步骤（5）中得到的合金坯料进行热处理，处理方法为固溶处理，热处理设备采用罩式炉，热处理温度范围为1200℃，保温时间为25min，然后将合金坯料在5分钟内冷却到42℃，得到法兰坯料；
步骤（7）：将上述热处理后的法兰坯料进行结构硬化处理，处理的方法为：在750℃下保温8h，然后随炉冷却到650℃左右时，再在此温度范围保温10小时，随后在空气中冷却至室温；
步骤（8）：将上述冷却至室温的法兰坯料通过超声波检测其内部的锻造质量，并取样对锻件的机械性能进行分析，以上监测分析均合格后，将法兰坯料收集备用。
其中，步骤（5）中将终端成型后的合金坯料进行切边，切除量为钢锭总重的25%；步骤（6）中，将合金坯料在5分钟内冷却到42℃，采用的冷却方法是将合金坯料快速放入盛有循环流动水流的水池内。
实施例3
本实施例提供一种合金材料法兰，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.8%、铬25.4%、碳0.11%、硅0.18%、锰0.76%、硫0.0025%、钼2.30%、钛3.35%、铝3.15%、铜1.55%、磷0.016%、钨1.0%、硼0.020%、铌1.0%、稀土元素0.12%，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12%、铒8%、镝21%、钆16%、铈8%、镧13%和钍22%。
本本实施例还提供一种合金材料法兰的锻造工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：先用化学分析仪器对合金坯料进行化学分析，确保其化学成份符合上述合金材料的成份要求；
步骤（2）：步骤（1）分析合格后，选用4600Kg以下的合金坯料，采用电炉炼钢，在3500℃下对坯料进行熔炼；
步骤（3）：将步骤（2）中经过高温熔炼的合金坯料进炉保温在960℃，保温4.5h后进行锻造，去除氧化皮，并预成型；
步骤（4）：将步骤（3）得到的预成型合金坯料在930℃下进行锻造终端成型，终锻温度控制在900℃以上，当低于此温度时，须增加火次，控制锻造比为3.5；
步骤（5）：将步骤（4）中终端成型后的合金坯料切边，并将切边后的合金坯料保持在1170℃温度下4.5h；
步骤（6）：将步骤（5）中得到的合金坯料进行热处理，处理方法为固溶处理，热处理设备采用罩式炉，热处理温度范围为1100℃，保温时间为30min，然后将合金坯料在5分钟内冷却到40℃，得到法兰坯料；
步骤（7）：将上述热处理后的法兰坯料进行结构硬化处理，处理的方法为：在720℃下保温8h，然后随炉冷却到630℃左右时，再在此温度范围保温10小时，随后在空气中冷却至室温；
步骤（8）：将上述冷却至室温的法兰坯料通过超声波检测其内部的锻造质量，并取样对锻件的机械性能进行分析，以上监测分析均合格后，将法兰坯料收集备用。
其中，步骤（5）中将终端成型后的合金坯料进行切边，切除量为钢锭总重的25%；步骤（6）中，将合金坯料在5分钟内冷却到40℃，采用的冷却方法是将合金坯料快速放入盛有循环流动水流的水池内。
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 (7)
1.一种合金材料法兰，其特征在于，其重量百分比化学成分为：镍12.7-12.9％、铬25.3-25.5％、碳0.1-0.12％、硅0.17-0.19％、锰0.72-0.79％、硫0.0015-0.0035％、钼2.25-2.35％、钛3.25-3.45％、铝3-3.25％、铜1.25-1.85％、磷0.015-0.017％、钨0.9-1.1％、硼0.018-0.022％、铌0.9-1.1％、稀土元素0.11-0.13％，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12-18％、铒6-11％、镝19-25％、钆16-26％、铈8-17％、镧13-18％和钍15-22％。
2.根据权利要求1所述的合金材料法兰，其特征在于，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.7％、铬25.3％、碳0.1％、硅0.17％、锰0.72％、硫0.0015％、钼2.25％、钛3.25％、铝3％、铜1.25％、磷0.015％、钨0.9％、硼0.018％、铌0.9％、稀土元素0.11％，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12％、铒6％、镝19％、钆26％、铈8％、镧14％和钍15％。
3.根据权利要求1所述的合金材料法兰，其特征在于，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.9％、铬25.5％、碳0.12％、硅0.19％、锰0.79％、硫0.0035％、钼2.35％、钛3.45％、铝3.25％、铜1.85％、磷0.017％、钨1.1％、硼0.022％、铌1.1％、稀土元素0.13％，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12％、铒11％、镝19％、钆16％、铈8％、镧18％和钍16％。
4.根据权利要求1所述的合金材料法兰，其特征在于，选择合金坯料的重量百分比化学成分为：镍12.8％、铬25.4％、碳0.11％、硅0.18％、锰0.76％、硫0.0025％、钼2.30％、钛3.35％、铝3.15％、铜1.55％、磷0.016％、钨1.0％、硼0.020％、铌1.0％、稀土元素0.12％，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12％、铒8％、镝21％、钆16％、铈8％、镧13％和钍22％。
5.一种合金材料法兰的锻造工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤(1)：先用化学分析仪器对合金坯料进行化学分析，确保其化学成份符合：镍12.7-12.9％、铬25.3-25.5％、碳0.1-0.12％、硅0.17-0.19％、锰0.72-0.79％、硫0.0015-0.0035％、钼2.25-2.35％、钛3.25-3.45％、铝3-3.25％、铜1.25-1.85％、磷0.015-0.017％、钨0.9-1.1％、硼0.018-0.022％、铌0.9-1.1％、稀土元素0.11-0.13％，其余为Fe和杂质；所述稀土元素包括镱12-18％、铒6-11％、镝19-25％、钆16-26％、铈8-17％、镧13-18％和钍15-22；
步骤(2)：步骤(1)分析合格后，选用5000Kg以下的合金坯料，采用电炉炼钢，在3500℃下对坯料进行熔炼；
步骤(3)：将步骤(2)中经过高温熔炼的合金坯料进炉保温在940-980℃，保温3-6h后进行锻造，去除氧化皮，并预成型；
步骤(4)：将步骤(3)得到的预成型合金坯料在920-950℃下进行锻造终端成型，终锻温度控制在900℃以上，当低于此温度时，须增加火次，控制锻造比≥3；
步骤(5)：将步骤(4)中终端成型后的合金坯料切边，并将切边后的合金坯料保持在1150-1180℃温度下3-6h；
步骤(6)：将步骤(5)中得到的合金坯料进行热处理，处理方法为固溶处理，热处理设备采用罩式炉，热处理温度范围为980-1200℃，保温时间为25-35min，然后将合金坯料在5分钟内冷却到38-42℃，得到法兰坯料；
步骤(7)：将上述热处理后的法兰坯料进行结构硬化处理，处理的方法为：在700-750℃下保温8h，然后随炉冷却到600-650℃时，再在此温度范围保温10小时，随后在空气中冷却至室温；
步骤(8)：将上述冷却至室温的法兰坯料通过超声波检测其内部的锻造质量，并取样对锻件的机械性能进行分析，超声波检测分析均合格后，将法兰坯料收集备用。
6.根据权利要求5所述的合金材料法兰的锻造工艺，其特征在于，所述步骤(5)中将终端成型后的合金坯料进行切边，切除量为钢锭总重的25％。
7.根据权利要求5所述的合金材料法兰的锻造工艺，其特征在于，所述步骤(6)中，将合金坯料在5分钟内冷却到38-42℃，采用的冷却方法是将合金坯料快速放入盛有循环流动水流的水池内。
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