一种316L不锈钢材料法兰及其锻造工艺的制作方法

本发明涉及一种法兰，具体涉及一种316l不锈钢材料法兰及其锻造工艺。

背景技术：

在石油化工生产中，各种介质对设备和管道的腐蚀性很强，工艺系统温度压力又较高，目前工程中使用的单一牌号的不锈钢s31608或s31603各有优缺点，都不能很好地兼顾各种工况，s31608材料虽然高温性能优于s31603材料，但耐晶间腐蚀性能不如s31603材料，316l材料的化学成分在满足s31603的前提下进行调整，而高温性能与s31608保持一致，这样就既具有良好的耐晶间腐蚀性能和良好的机械性能，法兰作为管线的连接件，于是在高温腐蚀工况条件下，316l材料法兰就成为理想的产品，但由于316l材料兼有两种材料的特性，不易于锻造，故316l材料的法兰锻造就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

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316l不锈钢材料法兰及其锻造工艺，该法兰结构简单，安装拆卸方便，稳定性、密封性好，该法兰的锻造工艺简单易行，锻造出的法兰耐晶间腐蚀又有较好的高温性能。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种316l不锈钢材料法兰，包括左右相对设置的左法兰、右法兰及连接左法兰和右法兰的法兰帽，其中：

左法兰由左法兰盘及左法兰盘上延伸出的连接管组成，连接管均布在左法兰盘上，并连接管垂直设置于左法兰盘上，连接管上设有螺纹，左法兰盘上设有多道环状凹槽，凹槽内设有密封垫，左法兰盘表面还设有发散型加强筋；

右法兰包括右法兰盘及均布在右法兰盘上的固定孔，固定孔与左法兰上的连接管相适配，右法兰盘的圆周方向上还均布有油孔，油孔穿透右法兰盘并与固定孔连通，右法兰盘表面向内凹有定位孔，定位孔与加强筋位置对应并相适配；

法兰帽由筒体及筒体上延伸出的帽檐组成，筒体为中空结构，并筒体内设有螺纹，沿筒体的圆周方向向外延伸形成帽檐；

左法兰与右法兰叠合，连接管插入固定孔内，法兰帽旋入连接管外将左法兰与右法兰固定在一起。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述316l不锈钢材料法兰中，加强筋为齿状结构加强筋，定位孔为齿状结构。

前述316l不锈钢材料法兰中，左法兰、右法兰固定时，法兰帽的帽檐卡合与右法兰的固定孔外。

固定孔的半径大于法兰帽筒体的半径小于帽檐的尺寸，这样保证法兰帽能将在左法兰、右法兰固定，可以省略螺纹孔螺栓的使用，可以通过调节法兰帽在连接管上的位置来调节左、右法兰之间紧固的距离，简单方便快捷，适用性强。

前述316l不锈钢材料法兰中，法兰帽的帽檐内侧还设有对应的o型密封圈。

本发明还设计一种316l不锈钢材料法兰的锻造工艺，该工艺按以下工序进行：制坯→锻造→热处理→叶片机械加工→稳定化处理→调质热处理→冷却→表面氮化处理→后续检验入库，具体操作如下：

（1）将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成法兰坯料，对坯料进行表面处理，具体为：将法兰坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽清洗，酸洗槽酸洗，高压水冲洗，进磷化设备中进行磷化处理，再进清水池水洗，然后皂化，最后进入烘干设备烘干，得到经过表面处理的法兰坯料；

酸洗槽内酸为浓度在12%-14%的盐酸，常温下对法兰坯料酸洗5-9min；

磷化设备中磷化的温度控制在55-65℃，磷化8-12min；

（2）对锻模进行预热至150-180℃并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模对步骤（1）中的坯料进行锻造，预锻温度为850-890℃，终锻温度为900-1000℃，得到法兰半成品；

（3）对步骤（2）中锻造后的得到的法兰半成品进行热处理并对热处理后的法兰半成品进行机械加工；

热处理的具体操作如下：

a退火：锻造后，在法兰半成品采用罩式炉炉热至1010-1150℃时保温5-9分钟，然后炉冷却至600-700℃，随后打开炉门继续缓冷至300-400℃出炉空冷至室温；

b淬火：将步骤a中退火后的法兰半成品缓慢炉热至450-575℃并保温0.5-1h，再次炉热至650-755℃后用水喷淋法兰半成品快速降温；

c回火：将经淬火后的法兰半成品在室温下再次入炉并炉热至240-245℃后保温10-13分钟后快速放入具有循环流动水的水池内，3分钟内冷却到40℃，在空冷至室温；

（4）对经机械加工后的法兰半成品进行稳定化处理加热到750-800℃，保温15-18分钟，然后采用水冷与空冷结合的方式冷却，先采用水冷以5-7℃/s的冷却速度将法兰半成品水冷至380-390℃，然后空冷至304-310℃，再采用水冷以3-5℃/s的冷却速率将钢棒水冷至200-250℃，最后空冷至室温；

（5）将得到的法兰成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述316l不锈钢材料法兰的锻造工艺中，步骤（1）中将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过冶炼、热轧和冷却制成法兰坯料，在选用重量百分比化学成分中碳含量控制在0.02-0.03%，保证高温强度。

前述316l不锈钢材料法兰的锻造工艺中，步骤（1）中冶炼时采用电炉冶炼。

前述316l不锈钢材料法兰的锻造工艺中，步骤（2）在进行锻造时进行二墩二拔，控制锻造比＞3.5，每批锻造的坯料不超过5000kg。

前述316l不锈钢材料法兰的锻造工艺中，锻造出的法兰抗拉强度≥250mpa，非比例延伸强度rp0.2≥205mpa，非比例延伸强度rp1.0≥260mpa。

本发明的有益效果是：

一般在两个法兰盘之间设有密封圈，但是这样的结构，在长期使用过后会导致密封圈被腐蚀损毁，最后造成泄漏，在左法兰盘上设置环状凹槽，并在凹槽内设置密封垫，这样放置密封垫错位，还能方式密封垫腐蚀，保证密封性的前提下延长使用寿命，降低成本；加强筋及定位孔的设置使得左右法兰在连接时更稳固，提高工作效率。

油孔穿透右法兰盘并与固定孔连通，方便当使用久后有生锈等情况时在拆卸时可以先注入油进行松懈，也可以在平时使用过程中通过油孔注入油进行养护，延长其使用寿命。

帽檐的存在替代了螺孔及螺栓的使用，降低零件的使用，且方便法兰的固定，只需拧紧就行，且可调节法兰之间紧固距离，适用性广。

锻造时必须控制好锻造的温度和锻造比，终锻温度不能太低，否则会增加变形抗力，应控制＞850℃，低于此温度不得进行锻造。必须增加火次；控制锻造比＞3.5。

热处理设备采用罩式炉，热处理温度范围：1010-1150℃，冷却时采用的冷却方法必须能在3分钟内冷却到40℃左右，采用的方法是将锻件快速放入具有循环流动水的水池内。

锻造后锻件须通过超声波检测来判定内部的锻造质量，通过取样对锻件的机械性能进行分析，分析锻件的常温性能、高温性能与晶间腐蚀试验，通过工艺开发，按照此工艺进行锻造的锻件的各项性能均满足工程需要。

本发明在热锻后不立即冷却，而是缓慢冷却，这样使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体，奥氏体能在较短时间内完成球光体转变，避免形成马氏体，导致钢变硬，从而使叶片不至于硬度过高或过低；另外，通过两次保温后冷却，等浊转变形成的球光体组织比较均匀，避免形成不完全相同的组织，可防止叶片早期脆性开裂，起到了意想不到的技术效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中左法兰的结构示意图；

图3为图1中右法兰的结构示意图；

图4为图3中右法兰的主视图；

图5为图1中法兰帽的结构示意图；

图中：1-左法兰，2-右法兰，3-左法兰盘，4-连接管，5-密封垫，6-加强筋，7-右法兰盘，8-固定孔，9-油孔，10-定位孔，11-筒体，12-帽檐。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种316l（d）不锈钢材料法兰，结构如图1-5所示，包括左右相对设置的左法兰1、右法兰2及连接左法兰1和右法兰2的法兰帽，其中：

左法兰1由左法兰盘3及左法兰盘3上延伸出的连接管4组成，连接管4均布在左法兰3上，并连接管4垂直设置于左法兰盘3上，连接管4上设有螺纹，左法兰盘3上设有多道环状凹槽，凹槽内设有密封垫5，左法兰盘3表面还设有发散型加强筋如图2所示，加强筋6为齿状结构加强筋6；

右法兰2包括右法兰盘7及均布在右法兰盘7上的固定孔8，固定孔8与左法兰1上的连接管4相适配，右法兰盘7的圆周方向上还均布有油孔9，油孔9穿透右法兰盘7并与固定孔8连通，右法兰盘7表面向内凹有定位孔10，定位孔10为齿状结构，定位孔10与加强筋6位置对应并相适配如图3和4所示；

法兰帽由筒体11及筒体11上延伸出的帽檐12组成，筒体11为中空结构，并筒体11内设有螺纹，沿筒体11的圆周方向向外延伸形成帽檐12如图5所示，法兰帽的帽檐12内侧还设有对应的o型密封圈；

左法兰1与右法兰2叠合，连接管4插入固定孔8内，法兰帽旋入连接管4外将左法兰1与右法兰2固定在一起，如图1所示，左法兰1、右法兰2固定时，法兰帽的帽檐12卡合与右法兰2的固定孔8外。

实施例2

本实施例提供的一种316l（d）不锈钢材料法兰的锻造工艺，该工艺按以下工序进行：制坯→锻造→热处理→叶片机械加工→稳定化处理→调质热处理→冷却→表面氮化处理→后续检验入库，具体操作如下：

（1）将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过电炉冶炼、热轧和冷却制成法兰坯料，重量百分比化学成分中碳含量控制在0.02%，对坯料进行表面处理，具体为：将法兰坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽清洗，酸洗槽酸洗，高压水冲洗，进磷化设备中进行磷化处理，再进清水池水洗，然后皂化，最后进入烘干设备烘干，得到经过表面处理的法兰坯料；

酸洗槽内酸为浓度在12%的盐酸，常温下对法兰坯料酸洗5min；

磷化设备中磷化的温度控制在55℃，磷化8min；

（2）对锻模进行预热至150℃并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模对步骤（1）中的坯料进行锻造，预锻温度为850℃，终锻温度为900℃，得到法兰半成品；

锻造时进行二墩二拔，控制锻造比＞3.5，每批锻造的坯料不超过5000kg；

（3）对步骤（2）中锻造后的得到的法兰半成品进行热处理并对热处理后的法兰半成品进行机械加工；

热处理的具体操作如下：

a退火：锻造后，在法兰半成品采用罩式炉炉热至1010℃时保温5分钟，然后炉冷却至600℃，随后打开炉门继续缓冷至300℃出炉空冷至室温；

b淬火：将步骤a中退火后的法兰半成品缓慢炉热至450℃并保温0.5h，再次炉热至650℃后用水喷淋法兰半成品快速降温；

c回火：将经淬火后的法兰半成品在室温下再次入炉并炉热至240℃后保温10分钟后快速放入具有循环流动水的水池内，3分钟内冷却到40℃，在空冷至室温；

（4）对经机械加工后的法兰半成品进行稳定化处理加热到750℃，保温15分钟，然后采用水冷与空冷结合的方式冷却，先采用水冷以5℃/s的冷却速度将法兰半成品水冷至380℃，然后空冷至304℃，再采用水冷以3℃/s的冷却速率将钢棒水冷至200℃，最后空冷至室温；

（5）将得到的法兰成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库，锻造出的法兰抗拉强度≥250mpa，非比例延伸强度rp0.2≥205mpa，非比例延伸强度rp1.0≥260mpa。

实施例3

本实施例提供的一种316l（d）不锈钢材料法兰的锻造工艺，该工艺按以下工序进行：制坯→锻造→热处理→叶片机械加工→稳定化处理→调质热处理→冷却→表面氮化处理→后续检验入库，具体操作如下：

（1）将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过电炉冶炼、热轧和冷却制成法兰坯料，重量百分比化学成分中碳含量控制在0.025%，对坯料进行表面处理，具体为：将法兰坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽清洗，酸洗槽酸洗，高压水冲洗，进磷化设备中进行磷化处理，再进清水池水洗，然后皂化，最后进入烘干设备烘干，得到经过表面处理的法兰坯料；

酸洗槽内酸为浓度在13%的盐酸，常温下对法兰坯料酸洗7min；

磷化设备中磷化的温度控制在60℃，磷化10min；

（2）对锻模进行预热至170℃并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模对步骤（1）中的坯料进行锻造，预锻温度为870℃，终锻温度为950℃，得到法兰半成品；

锻造时进行二墩二拔，控制锻造比＞3.5，每批锻造的坯料不超过5000kg；

（3）对步骤（2）中锻造后的得到的法兰半成品进行热处理并对热处理后的法兰半成品进行机械加工；

热处理的具体操作如下：

a退火：锻造后，在法兰半成品采用罩式炉炉热至1030℃时保温7分钟，然后炉冷却至650℃，随后打开炉门继续缓冷至350℃出炉空冷至室温；

b淬火：将步骤a中退火后的法兰半成品缓慢炉热至460℃并保温0.8h，再次炉热至695℃后用水喷淋法兰半成品快速降温；

c回火：将经淬火后的法兰半成品在室温下再次入炉并炉热至243℃后保温12分钟后快速放入具有循环流动水的水池内，3分钟内冷却到40℃，在空冷至室温；

（4）对经机械加工后的法兰半成品进行稳定化处理加热到770℃，保温17分钟，然后采用水冷与空冷结合的方式冷却，先采用水冷以6℃/s的冷却速度将法兰半成品水冷至385℃，然后空冷至308℃，再采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢棒水冷至225℃，最后空冷至室温；

（5）将得到的法兰成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库，锻造出的法兰抗拉强度≥250mpa，非比例延伸强度rp0.2≥205mpa，非比例延伸强度rp1.0≥260mpa。

实施例4

本实施例提供的一种316l（d）不锈钢材料法兰的锻造工艺，该工艺按以下工序进行：制坯→锻造→热处理→叶片机械加工→稳定化处理→调质热处理→冷却→表面氮化处理→后续检验入库，具体操作如下：

（1）将所选的重量百分比化学成分在钢厂经过电炉冶炼、热轧和冷却制成法兰坯料，重量百分比化学成分中碳含量控制在0.03%，对坯料进行表面处理，具体为：将法兰坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽清洗，酸洗槽酸洗，高压水冲洗，进磷化设备中进行磷化处理，再进清水池水洗，然后皂化，最后进入烘干设备烘干，得到经过表面处理的法兰坯料；

酸洗槽内酸为浓度在14%的盐酸，常温下对法兰坯料酸洗9min；

磷化设备中磷化的温度控制在65℃，磷化12min；

（2）对锻模进行预热至180℃并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模对步骤（1）中的坯料进行锻造，预锻温度为890℃，终锻温度为1000℃，得到法兰半成品；

锻造时进行二墩二拔，控制锻造比＞3.5，每批锻造的坯料不超过5000kg；

（3）对步骤（2）中锻造后的得到的法兰半成品进行热处理并对热处理后的法兰半成品进行机械加工；

热处理的具体操作如下：

a退火：锻造后，在法兰半成品采用罩式炉炉热至1150℃时保温9分钟，然后炉冷却至700℃，随后打开炉门继续缓冷至400℃出炉空冷至室温；

b淬火：将步骤a中退火后的法兰半成品缓慢炉热至575℃并保温01h，再次炉热至755℃后用水喷淋法兰半成品快速降温；

c回火：将经淬火后的法兰半成品在室温下再次入炉并炉热至245℃后保温13分钟后快速放入具有循环流动水的水池内，3分钟内冷却到40℃，在空冷至室温；

（4）对经机械加工后的法兰半成品进行稳定化处理加热到800℃，保温18分钟，然后采用水冷与空冷结合的方式冷却，先采用水冷以7℃/s的冷却速度将法兰半成品水冷至390℃，然后空冷至310℃，再采用水冷以5℃/s的冷却速率将钢棒水冷至250℃，最后空冷至室温；

（5）将得到的法兰成品经后续理化检验及超声波探伤最后经清洁包装入库，锻造出的法兰抗拉强度≥250mpa，非比例延伸强度rp0.2≥205mpa，非比例延伸强度rp1.0≥260mpa。

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。