一种大型低强度锥环形板片类铸钢件的防变形工艺技术领域
本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种大型低强度锥环形板片类铸钢件的防
变形工艺。
背景技术
一种大型锥环形板片类铸钢件其结构如图1所示，其下端面的最大尺寸为φ
10600，下端的法兰面宽度约为983mm，最大毛重47t，最大壁厚200mm，最小壁厚60mm，材质为
低碳钢，属于低碳低强度钢类铸件。因为铸件直径大，考虑铸造和运输的方便，将铸件沿轴
截面分两半进行铸造生产。
该类铸件在生产过程中，尤其是热处理时，因为铸件尺寸大，材料强度低，铸件结
构整体成大平面板状类，实际铸造生产中，在打箱落砂后对铸件进行性能热处理时，最容易
发生翘曲、张缩口等变形，导致铸件尺寸不符合要求。而该类型铸件一旦发生变形，基本无
法通过矫正来恢复尺寸，尤其大平面挠曲变形是不可逆的。现有技术中通常做法是对变形
较小的铸件尺寸划线借线后，对缺量部位进行焊补，将铸件多肉部位气刨去除，最后再加工
到符合尺寸要求。这种做法不仅增加了焊接成本，还增加了气刨、铲磨、NDT检测等生产成
本，延长产品生产周期。另外这种做法还存在铸件焊接后二次变形的风险，变形严重的，将
导致铸件直接报废。
现有技术中，还通过增加铸件的铸造工艺贴量来解决变形问题，即分别在铸件毛
面和加工面增加不同厚度的贴量，或者采用反变形贴量设计方法。但此类措施，贴量较大，
会降低铸件出品率，增加铸件重量，增加生产成本。另外，因为铸件较大且生产过程要经历
多个工序，铸件的局部变形趋势不稳定。所以，通过增加贴量来防止铸件变形的效果也不理
想。
经过此类铸件的上述变形，是因为铸件在浇注后凝固、冒口切割以及后续的性能
热处理过程中，会产生热应力、相变应力及机械阻碍应力，如果这些应力之和超过铸件的屈
服强度，铸件将发生塑性变形，铸件尺寸会发生改变，外在的表现形式就是铸件出现张口或
缩口变形以及大平面挠曲变形，而该类型铸件的屈服强度不高。因此，在铸件铸造生产中，
尤其是热处理过程中减小铸件所受的应力是减小铸件变形的一个有效途径。
发明内容
本发明针对现有技术中大型低强度锥环形板片类铸钢件的铸造处理工艺存在问
题，提供一种既能防止铸件变形又能保证铸件整体综合力学性能的大型低强度锥环形板片
类铸钢件的防变形工艺。
本发明的目的是这样实现的，一种大型低强度锥环形板片类铸钢件的防变形工
艺，所述铸钢件沿轴截面剖分为两个开口半环形铸件,两半环形铸件分别单独铸造,所述防
变形工艺包括如下几方面：1）在所述半环形铸件的对接结合面的开口部位平行等间距设置
若干连接开口两侧的径向拉筋；2）热处理时防变形支撑工艺：在热处理炉的台车表面设有
用于支撑铸件的若干垫块，所述半环形铸件口径大的一端端面朝下通过垫块支撑与热处理
台车表面保持一定距离，以便于热处理炉内的加热用的天燃气火焰顺畅流通；在铸件内锥
面与台车表面之间设有竖直的支撑柱，所述支撑柱上端与铸件内锥壁点焊固定，支撑柱下
端面也通过所述垫块支撑；热处理工艺采用正火加回火的热处理工艺。
本发明的防变形工艺，在铸件的开口部位设置径向拉筋，与铸件的开口形成一个
闭环结构，可增强铸件整体的刚度，有效防止铸件在铸造凝固过程中的张口或缩口变形。同
时，该径向拉筋在进行性能热处理时，可以防止铸件张缩口变形；在热处理炉的台车表面通
过垫块支撑铸件底端面，可以保证热处理炉内加热用天燃气火焰天燃气火焰在各排垫块间
顺畅流动燃烧，从而保证铸件受热均匀；铸件的锥面内壁通过支撑柱与垫块支撑，可以使整
个铸件的重量均匀的支撑在各垫块上，有效防止铸件在高温热处理下因重力作用而下弯变
形。因此，本发明的热处理工艺方法，即可保证这种低强度环形板类铸件获得符合要求的力
学性能，又可保证铸件在性能热处理过程中无显著变形，减少了铸件因变形引产生的返修
过程，提高产品质量的同时，节约生产成本，缩短生产周期。
为减小铸件正火处理时因温差而产生内应力，所述正火处理时将铸件从室温以升
温速率t1升至900~950℃，然后保温T1小时，然后将铸件在室温下冷却；正火的升温速率：
t1=（220~250）/壁厚，其中，壁厚的单位为英寸inch，升温速率的单位为℃/h；保温时间
T1=铸件最大壁厚*0.6h/inch+1~3h。
同样地，为减小铸件回火处理时因温差而产生内应力，所述回火工艺为：待铸件正
火冷却到200~300℃以下时，将铸件移回热处理炉以升温速率t1升温至600~650℃，然后在
炉内保温，保温时间T2=铸件最大壁厚*1h/inch+1~3h，保温时间结束后，将铸件在炉内冷却
以t1的降速率将铸件的整体温度降到260℃以下，再将铸件连同台车移出热处理炉在空气
中自然冷却至室温。
为保证径向拉筋的强度，所述径向拉筋与铸件同时铸出，所述径向拉筋的截面为
长方形截面，所述长方形截面的边长尺寸为铸件最大壁厚的1.5—2倍，并且长方形截面沿
铸件轴向高度尺寸另一边长尺寸，相邻径向拉筋的距离为300~500mm。
附图说明
图1为锥环形板片类铸钢件的结构示意图。
图2为本发明的防变形工艺中径向拉筋的设置示意图。
图3为本发明的防变形工艺中垫块和支撑柱的设置示意图。
具体实施方式
如图2和图3所示，为本发明的大型低强度锥环形板片类铸钢件的防变形工艺，本
发明适用的锥环形板片类铸钢件如图1所示，该铸钢件沿轴截面剖分为两个开口半环形铸
件1,两半环形铸件1分别单独铸造,本发明的防变形工艺包括如下几方面：1）如图2所示,在
半环形铸件1的对接结合面的开口部位平行等间距设置若干连接开口两侧的径向拉筋2；该
径向拉筋2，与铸件的开口形成一个闭环结构，可增强铸件整体的刚度，有效防止铸件在铸
造凝固过程中的张口或缩口变形。为保证径向拉筋2的强度，径向拉筋2与铸件同时铸出，相
邻径向拉筋的距离为300~500mm。本实施例中，径向拉筋2的截面为长方形截面，长方形截面
的边长尺寸为铸件最大壁厚的1.5—2倍，并且长方形截面沿铸件轴向高度尺寸大于另一边
长尺寸。2）热处理时防变形支撑工艺：本发明中采用计算机自动控制的台车式热处理炉对
铸件进行热处理, 整体炉温均匀性偏差小于±14℃。炉内温度主要由炉壁上分布在各区域
的热电偶主控温，同时，在铸件前后左右及上中下均匀分布若干个拖偶，以跟踪铸件热处理
过程不同区域的温差情况。如某区域温差超出规定，则及时调整所在区域烧嘴的火焰大小，
以恢复炉温偏差在正常范围内。从而保证铸件各部位受热均匀，以减小热处理应力，减小铸
件变形。铸件装炉时,如图3所示,在热处理炉的台车4表面设有用于支撑铸件的若干垫块5，
半环形铸件1口径大的一端端面朝下通过垫块5支撑与热处理台车4表面保持一定距离，以
便于热处理炉内的加热用的天燃气火焰顺畅流通；在铸件内锥面与台车表面之间设有竖直
的支撑柱6，该支撑柱6上端与铸件内锥壁点焊固定，支撑柱6下端面也通过同样高度的垫块
5支撑；本发明的装炉方式,在热处理炉的台车4表面通过垫块5支撑铸件底端面，可以保证
热处理炉内加热用天燃气火焰天燃气火焰在各排垫块间顺畅流动燃烧，从而保证铸件受热
均匀；铸件的锥面内壁通过支撑柱6与垫块5支撑，可以使整个铸件的重量均匀的支撑在各
垫块上，有效防止铸件在高温热处理下因重力作用而下弯变形。
本发明的热处理工艺采用正火加回火的热处理工艺。其中,正火处理时将铸件从
室温以升温速率t1升至900~950℃，然后保温T1小时，然后将铸件在室温下冷却；其中正火
的升温速率：
t1=（220~250）/壁厚，其中，壁厚的单位为英寸inch，升温速率的单位为℃/h；保温时间
T1=铸件最大壁厚*0.6h/inch+1~3h。
同样地，为减小铸件回火处理时因温差而产生内应力，本发明采用的回火工艺为：
待铸件正火冷却到200~300℃以下时，将铸件移回热处理炉以升温速率t1升温至600~650
℃，然后在炉内保温，保温时间T2=铸件最大壁厚*1h/inch+1~3h，保温时间结束后，将铸件
在炉内冷却以t1的降速率将铸件的整体温度降到260℃以下，再将铸件连同台车移出热处
理炉在空气中自然冷却至室温。
本发明的上述热处理工艺方法，即可保证这种低强度环形板类铸件获得符合要求
的力学性能，又可保证铸件在性能热处理过程中无显著变形，减少了铸件因变形引产生的
返修过程，提高产品质量的同时，节约生产成本，缩短生产周期。