本发明属于法兰件加工制造领域，具体涉及一种25mn钢法兰件铸辗成形及淬火、回火强韧化处理方法。
背景技术：
风电法兰是风力发电装备上的一个部件，专用于塔筒之间的连接紧固件，一般直径在2米到5米之间不等，应用于高寒地区时，对其力学性能提出了更高要求，尤其是抗低温冷脆性能，要求冲击吸收功大于27j。目前，风电法兰的制造工艺为：棒料下料-加热-镦粗-冲孔-平整端面-加热-辗扩-空冷-加热-正火-空冷-加热-回火-空冷，工艺流程冗长，多次加热造成时间、材料和能源浪费，材料氧化烧损严重，并且风电法兰件的微观组织对正火温度较敏感，极易形成魏氏体组织，影响回火过程中碳化物析出及分布，并直接导致法兰环件的强度与韧性指标均降低。另外，专利申请号“201210437446.1”公开了一种中碳合金钢轴承环件轧制形变淬火复合强化方法，其工艺步骤为：料段加热-锻造制坯（包括镦粗、冲孔、冲连皮）-热轧-淬火-高温回火，所述热轧后淬火是指将热轧后温度控制在860~950℃的环件冷却至850℃，再放入水温为50℃的淬火池中冷却2~15分钟，该工艺的缺点是热轧后冷却过程中由于静态或亚动态再结晶而导致晶粒发生长大，而且用水作淬火介质时容易出现淬透困难、萌生宏/微观裂纹现象，虽然强度较高，但回火保温时间不准确，导致韧性无法保证；此外，锻造制坯过程材料浪费及氧化损耗严重，生产效率降低。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种25mn钢法兰件铸辗成形及淬火、回火强韧化处理方法，可以有效地克服现有技术存在的缺点。
本发明是这样实现的，其特征在于工艺步骤如下：
(1)离心铸造：25mn钢环形铸坯的浇铸温度为1520~1530℃，铸型转速为220~260r/min，铸型、浇道和浇包预热温度为200~230℃，浇注速度为27~29kg/s，当环形铸坯的表面温度降至1060~1080℃时出模；
(2)回炉补温：迅速将出模后的离心铸造25mn钢环坯在1260~1280℃下进行回炉补温处理，保温时间t1=60+αbb0，其中αb为补温加热系数(min/mm)，αb取值范围为1.2~1.5，b0为环形铸坯的壁厚(mm)；
(3)热辗扩：回炉补温结束后，将环形铸坯转运至径轴向辗环机上，当铸坯表面温度降至1130±10℃时进行热辗扩成形，辗扩比为γ=2.5~3.5，壁厚减薄量与高度减小量之比δ=0.7~0.9，控制终辗温度为830±10℃，最终获得所需尺寸的25mn钢法兰件；
(4)淬火：将终辗温度为830±10℃的法兰件迅速移至冷却架上，四周采用风机鼓风冷却至550±10℃，风机鼓风速度为5~7℃/s，然后再立即放入25℃~30℃的12%~15%nacl水溶液中冷却，冷却时间为t2=αqb，其中αq为淬火冷却系数(min/mm)，αq取值范围为1.8~2.2，b为法兰件的径向壁厚(mm)；
(5)回火：将法兰件以2℃/min加热至300℃，保温10min，再以2℃/min加热至500±10℃，预热30min，最后以5℃/min加热至590±5℃，达到保温时间t3后，出炉空冷至室温，时间t3=120+αhb，其中αh为回火加热系数(min/mm)，αh取值范围为1.5~1.8，b为法兰件的径向壁厚(mm)；
(6)在铸辗成形及淬火、回火处理后的法兰件径向壁厚方向的外层、中层和内层区域分别取样，观察晶粒尺寸和检测强度、塑性、韧性以及硬度。
本发明优点和积极效果是：离心铸造的环坯出模后进行适当的回炉补温处理，缩短了工艺流程，降低了能源消耗；热辗扩后法兰件风冷至550±10℃，再立即放入12%~15%nacl水溶液中进行淬火冷却，防止由于静态或亚动态再结晶引起的再结晶晶粒数量增加、晶粒发生长大现象，有利于法兰件淬透，避免宏/微观裂纹现象；淬火时间精确，形成板条状马氏体组织，使得强度、硬度明显提高，回火保温时间精确，形成回火索氏体组织，并沿晶界析出弥散分布的细小碳化物颗粒，强度和韧性配合较好。本发明可以完全满足风力发电塔筒法兰等环件在恶劣环境下的使用要求，尤其是达到对抗低温冷脆性能的特殊要求。
具体实施方式
以风力发电塔筒常用的25mn钢法兰件为具体实施例，环形铸坯尺寸为外径d0=640mm、内径d0=355mm、高度h0=160mm，热辗扩成形法兰件尺寸为外径d=1472mm、内径d=1300mm、高度h=95mm，其铸辗成形及淬火、回火强韧化处理方法包括以下工艺步骤：
(1)离心铸造：25mn钢环形铸坯的浇铸温度为1525℃，铸型转速为230r/min，铸型、浇道和浇包预热温度为210℃，浇注速度为28kg/s，当环形铸坯的表面温度降至1060℃时出模；
(2)回炉补温：迅速将出模后的离心铸造环坯在1260℃下进行回炉补温处理，保温时间t1=60+αbb0=231min，其中αb=1.5min/mm，b0=154mm；
(3)热辗扩：回炉补温结束后，将环形铸坯转运至径轴向辗环机上，当铸坯的表面温度降至1130℃时进行热辗扩成形，辗扩比为γ=2.8，壁厚减薄量与高度减小量之比δ=0.86，控制终辗温度为830℃，避免细小的形变再结晶晶粒发生长大而粗化，最终获得所需尺寸的25mn法兰件；
(4)淬火：将终辗温度为830℃的法兰件迅速移至冷却架上，四周采用风机鼓风冷却至550℃，风机鼓风速度为7℃/s，然后再立即放入25℃的12%nacl水溶液中冷却，冷却时间为t2，形成板条束细小的马氏体组织，可以有效避免热辗扩结束后空冷时由于静态或亚动态再结晶引起的再结晶晶粒数量增加，晶粒尺寸增大的现象，并且防止相变强化过程出现宏/微观裂纹，冷却时间t2=αqb=172min，其中αq=2.0min/mm，b=86mm；
(5)回火：将法兰件以2℃/min加热至300℃保温10min，再以2℃/min加热至500℃预热30min，最后以5℃/min加热至590℃，达到保温时间t3后，出炉空冷至室温，时间t3=120+αhb=250min，其中αh=1.5min/mm，b=86mm。
(6)在铸辗成形及淬火、回火处理后的法兰件径向壁厚方向的外层、中层和内层区域分别取样，观察晶粒尺寸和检测强度、塑性、韧性以及硬度。
结果表明，法兰件的平均晶粒直径为26μm，不同区域的试样力学性能检测结果及标准要求如表1所示。可见，采用本发明制造出的法兰件晶粒尺寸细小，强度、塑性及韧性等指标均符合标准要求，满足了风电塔筒法兰等环件在恶劣环境下服役的高强韧性要求，尤其是达到抵抗低温冷脆性能的特殊要求。
表125mn钢法兰件不同区域的试样力学性能检测结果及标准要求