Подробное объяснение процесса ковки при производстве фланцев из углеродистой стали

Ковка — ключевой этап производства фланцев из углеродистой стали. Пластическая деформация с последующей термообработкой повышает прочность и ударную вязкость и устраняет внутреннюю пористость, поэтому готовый фланец выдерживает давление в нефтегазовой и химической эксплуатации. Герметичность зависит от всего соединения, где правильные фланцевые прокладки удерживают обработанные поверхности при тепловых циклах.

Процесс ковки и основные параметры

Заготовки нарезают из углеродистой стали, соответствующей стандартам ASTM: A105 для высокотемпературной и высоконагруженной эксплуатации, A350 LF2 для низкотемпературной. Перед деформацией их нагревают в газовых или электрических печах и формуют на гидравлических прессах или молотах. Контроль термопарами удерживает заготовку в узком диапазоне:

Значения относятся к поковкам фланцев из A105 и A350 LF2; окончательные режимы задает технологический регламент предприятия.

Ковка в открытых штампах подходит для мелких партий: она гибкая, но менее точная. Ковка в закрытых штампах подходит для серийного производства и дает лучшую размерную однородность. В обоих случаях скорость деформации держат в пределах 0,1–1,0 с⁻¹, а коэффициент ковки — 3:1–5:1, чтобы внутренняя структура оставалась плотной и без трещин.

Термическая обработка и допуски механической обработки

После ковки фланец подвергают нормализации и отпуску, а затем механической обработке.

• Нормализация: нагрев до 900–950 °C, выдержка около 1 часа на каждые 25 мм толщины, охлаждение на воздухе до комнатной температуры для измельчения зерна и улучшения механических свойств.
• Отпуск: повторный нагрев до 600–650 °C с такой же выдержкой и медленное охлаждение для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости.
• Механическая обработка: токарные станки с ЧПУ, фрезерные и сверлильные станки обрабатывают наружный диаметр, уплотнительную поверхность и отверстия под болты.

Допуски касаются признаков, влияющих на сборку: наружный диаметр фланца ±1,5 мм, положение болтовых отверстий ±0,5 мм, шероховатость уплотнительной поверхности Ra 3,2–6,3 мкм. Координатно-измерительные машины проверяют размеры, а ультразвуковой контроль выявляет внутренние дефекты до выпуска трубных фланцев.

Обработка поверхности и типы уплотнительных поверхностей

Обработка поверхности повышает коррозионную и износостойкость и задает требуемый внешний вид. Пескоструйная обработка стальной дробью или кварцевым песком при 0,6–0,8 МПа и расстоянии 100–300 мм удаляет окалину и ржавчину и оставляет шероховатость Ra 3,2–6,3 мкм под адгезию покрытия.

• Горячее цинкование: погружение в расплав цинка при около 450 °C дает покрытие 45–85 мкм по ASTM A123.
• Электроцинкование: электролитический слой цинка 5–25 мкм для влажных или слабоагрессивных сред.
• Окрашивание: эпоксидные, полиуретановые или фторуглеродные системы с грунтовкой 30–50 мкм и финишным слоем 50–70 мкм.
• Другие виды обработки: фосфатирование перед окрашиванием, пассивация нержавеющих сталей, никелирование или хромирование.

Тип уплотнительной поверхности определяет способ герметизации соединения и должен соответствовать условиям эксплуатации.

• Выступающая поверхность (RF): уплотнительная поверхность выше корпуса фланца на 1,6 мм (1/16 дюйма) для классов 150 LB и 300 LB и на 6,4 мм (1/4 дюйма) для 600 LB и выше. Применяют неметаллические или металлические прокладки в водопроводах, паропроводах и общепромышленных трубопроводах.
• Плоская поверхность (FF): находится заподлицо с корпусом фланца и используется с полнопрофильными прокладками в системах низкого давления, например в чугунных трубопроводах.
• Кольцевое соединение (RTJ): кольцевая канавка по ASME B16.5 принимает металлическую кольцевую прокладку восьмиугольного или эллиптического сечения для нефтяных, газовых и химических линий высокого давления и температуры.
• Шероховатость: Ra 3,2–6,3 мкм для RF, Ra 6,3–12,5 мкм для FF и Ra 1,6–3,2 мкм для RTJ.

Ковка, термообработка, качество поверхности и тип уплотнительной поверхности работают вместе: проверка каждого этапа делает фланец из углеродистой стали надежным в тяжелых условиях эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

Какие марки стали применяются для фланцев из углеродистой стали?

A105 используется для высокотемпературной и высоконагруженной эксплуатации, A350 LF2 — для низкотемпературной.

Каким должен быть коэффициент ковки фланца?

Обычно 3:1–5:1: он уплотняет внутреннюю структуру, не перерабатывая материал.

Чем нормализация отличается от отпуска при термообработке фланца?

Нормализация при 900–950 °C измельчает зерно и повышает прочность, отпуск при 600–650 °C снимает напряжения и возвращает вязкость.

Какая шероховатость уплотнительной поверхности нужна под прокладку?

Для фланцев с выступающей поверхностью — Ra 3,2–6,3 мкм, с плоской — Ra 6,3–12,5 мкм, для канавок RTJ — Ra 1,6–3,2 мкм.