一种高压卡箍的加工工艺及其应用

摘要

本发明公开了一种高压卡箍的加工工艺，包括以下步骤：（1）下料；（2）锻造；（3）热切边；（4）锻检；（5）后处理；（6）成品检验；（7）喷漆；（8）入库。本发明主要应用于浮式生产储油卸油船FPSO）、海上钻井平台、生产平台，耐高压、耐介质腐蚀、耐环境（海水、水雾环境）中，用于连接高压卡箍法兰，相较于普通的石油炼化、煤化工、工业管道用卡箍，具有高强度、耐腐蚀的重要特性，并且通过锻造整体制造成型，相较于传统铣削工艺，材料利用率高、生产效率高、低排放、材料性能均匀、所采用的涂层降低了安装难度。

权利要求

1.一种高压卡箍的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）下料；（2）锻造；（3）热切边；（4）锻检；（5）后处理；（6）成品检验；（7）喷漆；（8）入库；

所述下料为控制金属材料的重量为23.4kg，所述金属材料为钢材料，所述钢材料中化学组分按重量百分比计包括：C 0.38‑0.43%，Mn 0.75‑1%，Si 0.15‑0.35%，P ≤0.035%，S ≤0.04%，Cr 0.8‑1.1%，Mo 0.15‑0.25%，Fe补充余量；

所述锻造包括加热，压扁，预锻和终锻，所述加热的参数为：加热电压1050V，加热节拍

25s，加热温度为1150℃，终锻温度为950℃；

所述预锻和终锻的具体步骤为：将压扁的热坯料预锻，夹持预锻的热坯料放置于锻模腔体中间，然后开始锻打，锻打参数为1.5s，得热锻件；所述热坯料与模具间的错模距离≤

0.5mm；

所述高压卡箍的加工工艺应用于耐高压、耐介质腐蚀、耐海水、耐水雾环境的卡箍的生产中。

2.根据权利要求1所述高压卡箍的加工工艺，其特征在于，下料锯面斜度≤2°，金属材料摆放整齐，去除料头料尾的钢钉及侧边的翻边。

3.根据权利要求1所述高压卡箍的加工工艺，其特征在于，所述加热为使用中频炉加热，加热后为热坯料。

4.根据权利要求1所述高压卡箍的加工工艺，其特征在于，所述压扁的具体步骤为：将热坯料放置在模具中间位置平稳后，使用空气锤将坯料压扁到89‑91mm。

5.根据权利要求1所述高压卡箍的加工工艺，其特征在于，所述后处理包括：抛丸，打磨，探伤，抛丸采用抛丸机，抛丸机单次处理50‑70件，抛丸时间为13‑16min。

6.根据权利要求1所述高压卡箍的加工工艺，其特征在于，所述喷漆为表面100%喷漆，喷漆的厚度为10‑35μm。

说明书

一种高压卡箍的加工工艺及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高压卡箍的加工工艺及其应用，具体涉及型材的基本无切削加工或处理领域。

背景技术

[0002] 卡箍是连接管件、阀门以及管路配件的一种连接装置，在接头处起到紧箍连接的作用。为了提高卡箍的强度，使其能够运用到大型储油卸油船，海上作业平台等中，不仅需要优选卡箍的金属料成分，还需要对卡箍的加工工序进行优化。现有的加工卡箍的工艺为圆形锻件锯切然后再仿型铣工艺，金属材料硬度，机械性能的提升使得锻件在锯切和铣削工序中的难度增加，并且锻件材料的利用率较低，生产效率不佳。本申请创造性的采用无切削加工锻造高压卡箍，使卡箍一体成型，提高了生产效率，增加了锻件的材料利用率。

[0003] 中国发明专利CN201510784706.6公开了一种钛合金卡箍类模锻件的成形方法，将钛合金菱形荒坯在自由锻机进行冲孔，然后置于锻模内，用模锻锻机锻造成卡箍类模锻件，再经切边工序、冲孔工序获得最终产品，降低了模锻所需的成形载荷，提高了模具寿命，同时降低了贵重原材料的消耗，保证了钛合金锻件质量，但是钛合金的卡箍成本高，不适合大规模生产使用。中国发明专利CN202210786447.0公开了一种高温高压快卸卡箍主体成型方法，通过线切割加工将半卡箍毛坯件粗加工成半环形，然后通过磨削加工将半卡箍厚度加工到额定厚度；使用铣削加工工装，完成两端连接部及轮廓外形的加工，再使用车削精密加工V槽尺寸，实现卡箍尺寸的精密生产，降低废品率。但是锻件原料的利用率不高，生产效率较低。

发明内容

[0004] 为了提高卡箍的机械强度和耐腐蚀性能，本发明的第一个方面提供了一种高压卡箍的加工工艺，包括以下步骤：（1）下料；（2）锻造；（3）热切边；（4）锻检；（5）后处理；（6）成品检验；（7）喷漆；（8）入库。

[0005] 作为一种优选的实施方式，所述下料为控制金属材料的重量为23‑24kg，下料锯面斜度≤2°，金属材料摆放整齐，去除料头料尾的钢钉及侧边的翻边。

[0006] 作为一种优选的实施方式，所述金属材料为钢材料，所述钢材料中化学组分按重量百分比计包括：C 0.38‑0.43%，Mn 0.75‑1%，Si 0.15‑0.35%，P ≤0.035%，S ≤0.04%，Cr 0.8‑1.1%，Mo 0.15‑0.25%，Fe补充余量。

[0007] 申请人在实验过程中发现，采用Cr的重量分数为0.8‑1.1%，Mo的质量分数为0.15‑0.25%，C的质量分数为0.38‑0.43%的刚料下料锻造，形成的卡箍能够满足高强度，高机械性能的要求。猜测可能的原因是：锻造过程中模具的存在使得产品的外边缘和内部结构受到的应力是不同的，采用Cr的重量分数为0.8‑1.1%，Mo的质量分数为0.15‑0.25%，C的质量分数为0.38‑0.43%的刚料，可以使得锻件的区域晶粒尺寸一致，可以减少不同位置的晶粒动态变化，锻件的整体再结晶比例小，形成的微观组织均匀，避免了晶粒的异常长大。形成的锻件在各个区域材质均匀，使锻件其在受到外力时，机械性好，没有应力缺陷，从而可以应用于高压，高强度的环境中。

[0008] 作为一种优选的实施方式，所述锻造包括加热，压扁，预锻和终锻，所述加热为使用中频炉加热，加热后为热坯料。

[0009] 作为一种优选的实施方式，所述加热的参数为：加热电压1000‑1100V，加热节拍20‑30s，加热温度为1100‑1200℃，终锻温度≥950℃。

[0010] 申请人在实验过程中采用1000‑1100V的加热电压，控制加热温度为1100‑1200℃可以便于后续的煅烧加工，并且减少坯料焦化，过烧，出现残品。猜测原因可能是：在1100‑1200℃的加热温度下，形成的坯料具有一定的硬度，可以使金属纤维组织维持一定的连续性，但不会形成流动态，金属流线完整，组织致密。并且具有一定的韧性可以将坯体压制成
90mm的厚度，有利于后续的煅烧加工。但是在1000‑1100V的加热电压下，虽然可以实现快速加热，但是炉口出料时可能出现粘料，导致加热温度偏高，需要降低温度，否则会出现金属料焦化，过烧的问题。

[0011] 作为一种优选的实施方式，所述压扁的具体步骤为：将热坯料放置在模具中间位置平稳后，使用空气锤将坯料压扁到89‑91mm。

[0012] 作为一种优选的实施方式，所述预锻和终锻的具体步骤为：将压扁的热坯料预锻，夹持预锻的热坯料放置于锻模腔体中间，然后开始锻打，锻打参数为1‑2s，得热锻件。

[0013] 作为一种优选的实施方式，当热锻件取出后，需要将模具及时冷却，润滑模具型腔。热坯料放入前，要将锻模型腔的水吹干净，避免影响锻件质量。

[0014] 作为一种优选的实施方式，所述模具包括上模架，上模，下模，下模架。当模具磨损严重出现鸡爪、大毛刺时，应及时更换模具。

[0015] 作为一种优选的实施方式，所述热坯料与模具间的错模距离≤0.5mm。

[0016] 作为一种优选的实施方式，所述热切边为：热锻件平整放入切边模中切边，每切完一次把残余飞边去除干净后，再放入下一个热锻件，残余飞边≤0.5mm。

[0017] 作为一种优选的实施方式，所述锻检为检查锻件有无折叠、裂纹、过烧、缺料等缺陷，痒化皮坑≤0.5mm。

[0018] 申请人在实验过程中发现，控制锻件的错模距离≤0.5mm，残余飞边≤0.5mm，可以提高锻件屈服的强度，提升抗拉强度和抗冲击性能。猜测可能的原因是：通过控制锻件的错模距离，可以使锻件在模具中均匀铺展，不会出现料体折叠的问题，并且料体在模具中受应力均匀，防止料体出现材质疏松，出现微观裂纹。错模距离小，残余飞边少的锻件在锻造过程中，受到的模具变形力均匀，变形速度合适，进一步避免了锻件折叠和裂纹的产生，形成的锻件金属组织线条流畅，具有良好的塑性。

[0019] 并且本申请中采用模具刚打造的模具强度高，通过上模架的均匀施力加压，坯料内部的铸造枝晶，疏松的空洞会被破碎压实，进一步提高了锻件的机械性能，使其屈服强度高，抗拉强度好，抗冲击性能好。

[0020] 作为一种优选的实施方式，所述后处理包括：抛丸，打磨，探伤，抛丸采用抛丸机，抛丸机单次处理50‑70件，抛丸时间为13‑16min。抛丸后锻件表面无氧化皮残留，无锈迹。

[0021] 作为一种优选的实施方式，打磨按需进行，锻件去除毛刺；探伤采用磁粉探伤机。

[0022] 作为一种优选的实施方式，所述喷漆为表面100%喷漆，喷漆的厚度为10‑35μm。

[0023] 作为一种优选的实施方式，所述漆为PTFE涂层。

[0024] 申请人在实验过程中发现，经过锻造后卡箍锻件表面摩擦力较大，并且经过高温锻造后，表面还具有少量氧化皮坑，直接使用容易被氧化，申请人发现通过喷涂特氟龙涂层，可以降低减少卡箍的氧化，提高耐腐蚀性能，并且在25μm的涂层厚度下，可以降低卡箍表面的摩擦力，便于卡箍和法兰的安装使用。猜测可能的原因是，经过锻造后的卡箍表面残留少量氧化皮坑，通过25μm的涂料喷涂，可以填埋皮坑，形成平整光滑的表面，降低表面摩擦。但是当超出优选的喷涂厚度，涂层与卡箍体的附着力下降，涂层的内聚力高，容易剥落，反而不利于腐蚀性能的改善。

[0025] 本发明的第二个方面提供了一种高压卡箍的加工工艺的应用，应用于耐高压、耐介质腐蚀、耐海水、耐水雾环境的卡箍的生产中。

[0026] 作为一种优选的实施方式，所述工艺应用于浮式生产储油卸油船、海上钻井平台、海上生产平台的卡箍的生产中。

[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0028] （1）本发明所述高压卡箍的加工工艺，采用Cr的重量分数为0.8‑1.1%，Mo的质量分数为0.15‑0.25%，C的质量分数为0.38‑0.43%的钢料下料锻造，形成的卡箍能够满足高强度，高机械性能的要求，延伸率，断面收缩率好，耐冲击，硬度高。

[0029] （2）本发明所述高压卡箍的加工工艺，采用1000‑1100V的加热电压，控制加热温度为1100‑1200℃可以便于后续的煅烧加工，并且减少胚料焦化，过烧，出现残品。

[0030] （3）本发明所述高压卡箍的加工工艺，控制锻件的错模距离≤0.5mm，残余飞边≤0.5mm，可以提高锻件的屈服强度，提升抗拉强度和抗冲击性能。

[0031] （4）本发明所述高压卡箍的加工工艺，采用PTFE涂层喷涂，喷涂厚度为25μm，降低了卡箍与法兰斜面的摩擦系数，便于卡箍与法兰的安装，使卡箍具有优异的耐腐蚀效果，可以应用于海洋环境中。

[0032] （5）本发明所述加工工艺生产的卡箍，主要应用于浮式生产储油卸油船（FPSO）、海上钻井平台、生产平台，耐高压、耐介质腐蚀、耐环境（海水、水雾环境）中，用于连接高压卡箍法兰，相较于普通的石油炼化、煤化工、工业管道用卡箍，具有高强度、耐腐蚀的重要特性。

[0033] （6）本发明所述高压卡箍的加工工艺，通过锻造整体制造成型，相较于传统铣削工艺，材料利用率高、生产效率高、低排放、材料性能均匀、所采用的涂层降低了安装难度。

附图说明

[0034] 图1为本发明制造的高压卡箍的立体图1；

[0035] 图2为本发明制造的高压卡箍的立体图2；

[0036] 图3为本发明制造的高压卡箍的模具的立体图。

[0037] 图3中：1.上模架；2.上模；3.下模；4.下模架。

具体实施方式

[0038] 实施例1

[0039] 一种高压卡箍的加工工艺，包括以下步骤：（1）下料；（2）锻造；（3）热切边；（4）锻检；（5）后处理；（6）成品检验；（7）喷漆；（8）入库。

[0040] 所述下料为控制金属材料的重量为23.4kg，下料锯面斜度2°，加料摆放整齐，去除料头料尾的钢钉及侧边的翻边。

[0041] 所述金属材料为钢材料，所述钢材料中化学组分按重量百分比计包括：C 0.38‑0.43%，Mn 0.75‑1%，Si 0.15‑0.35%，P ≤0.035%，S ≤0.04%，Cr 0.8‑1.1%，Mo 0.15‑
0.25%，Fe补充余量。所述钢材料为AISI4140 100K。

[0042] 所述锻造包括加热，压扁，预锻和终锻，所述加热为使用中频炉加热，加热后为热坯料。

[0043] 所述加热的参数为：加热电压1050V，加热节拍25s，加热温度为1150℃，终锻温度950℃。

[0044] 所述压扁的具体步骤为：将热坯料放置在模具中间位置平稳后，使用空气锤将坯料压扁到90mm。

[0045] 所述预锻和终锻的具体步骤为：将压扁的热坯料预锻，夹持预锻的热坯料放置于锻模腔体中间，然后开始锻打，锻打参数为1.5s，得热锻件。热锻件取出后，需要将模具及时冷却，润滑模具型腔。热坯料放入前，要将锻模型腔的水吹干净，避免影响锻件质量。所述模具包括上模架1，上模2，下模3，下模架4。当模具磨损严重出现鸡爪、大毛刺时，应及时更换模具。所述热坯料与模具间的错模距离≤0.5mm。

[0046] 所述热切边为：热锻件平整放入切边模中切边，每切完一次把残余飞边去除干净后，再放入下一个热锻件，残余飞边≤0.5mm。

[0047] 所述锻检为检查锻件有无折叠、裂纹、过烧、缺料等缺陷，痒化皮坑≤0.5mm。

[0048] 所述后处理包括：抛丸，打磨，探伤，抛丸采用抛丸机，抛丸机单次处理60件，抛丸时间为15min。抛丸后锻件表面无氧化皮残留，无锈迹。打磨按需进行，锻件去除毛刺。

[0049] 所述喷漆为表面100%喷漆，喷漆的厚度为25μm；所述漆为PTFE涂层，购自华福特氟龙，型号为Xylan 1424。

[0050] 产品见图1所示。

[0051] 实施例2

[0052] 一种高压卡箍的加工工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于所述钢材料中化学组分按重量百分比计包括：C 0.045‑0.15%，Mn 0.5‑1%，Si 0.45‑1%，P ≤0.04%，S ≤0.03%，Cr 11.5‑13.5%，Mo 0.15‑0.25%，Fe补充余量。所述钢材料为AISI4100。

[0053] 实施例3

[0054] 一种高压卡箍的加工工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于所述加热的参数为：加热电压1100V，加热节拍30s，加热温度为1250℃，终锻温度950℃。

[0055] 实施例4

[0056] 一种高压卡箍的加工工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于所述热坯料与模具间的错模距离为0.6mm。

[0057] 实施例5

[0058] 一种高压卡箍的加工工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于所述喷漆为耐腐蚀的特氟龙PTFE涂层，喷涂厚度为45μm。

[0059] 性能测试

[0060] 参照ASTM A29/A29M‑20测试制备的高压卡箍的机械性能（抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、冲击功、硬度）。测试结果见表1。

[0061] 表1

[0062]