随着我国重大装备业迅猛发展,风电、船舶、铁路等工业对环形零件的需求越来越多,尺寸规格越来越大,质量要求也越来越高。近年来,具有节材节能优点的铸辗复合成形技术在生产风电法兰、轴承套圈等环形零件领域得到越来越多的关注。环件的铸辗复合成形工艺是利用铸环坯直接热辗扩成环件。成品环件的质量不仅与辗扩参数有关,而且辗前的加热制度及辗后的热处理工艺对成品环件质量也起到至关重要的作用。因此,本文针对成品环件的最终组织性能和机械性能,研究了辗前铸环坯的加热制度和辗后成形环件的热处理工艺,重点解决了以下几个关键问题:(1)铸环坯在加热状态下的晶粒长大行为。以离心铸坯Q235B钢为研究对象,借助加热炉对其进行不同温度和保温时间的加热处理,通过金相显微镜观察其高温奥氏体晶粒组织,最终经过分析晶粒尺寸的大小及形貌来获得晶粒长大规律,发现奥氏体晶粒的长大速度随着加热温度的升高呈现起初较为平缓,随后迅速长大,而后又减慢的趋势;得到了晶粒组织随加热温度和保温时间变化的规律,建立了离心铸坯Q235B钢在等温条件下和非等温条件下的晶粒长大动力学模型。(2)铸态材料晶粒正常长大的CA模型。研究了离心铸坯Q235B的晶粒正常长大CA模型,得到了晶粒长大过程中的组织演变图。通过分析微观组织的演化、晶粒数量的变化、温度对晶粒尺寸的影响、晶粒尺寸的分布以及晶粒边数的分布,以及试验与模拟数据的对比,发现两者的数据曲线走势近似一致,进一步验证了本模型的可行性,CA模型的建立为后续辗扩的数值模拟提供模型参考。(3)辗后环件的热处理工艺。利用试验方法,研究热处理工艺参数对Q235B钢法兰微观组织及力学性能的影响,探讨出最佳的热处理工艺。在对辗扩后的工件进行热处理试验后得到:900℃淬火较860℃淬火更有利于奥氏体成分均匀化,有利于得到强度更高、组织更均匀的马氏体组织。随后在200~680℃回火过程中,通过马氏体的转变和碳化物的析出,使Q235B钢法兰材料的塑韧性得到显著提高。经过对上述问题的研究,本文以Q235B钢为研究对象得出如下重要结论:辗扩进行前,离心铸坯Q235B钢的加热规范是:1030~1100℃,保温1h。辗扩完成后,Q235B钢环件的最佳热处理工艺为900℃淬火保温1h,在10%NaCl水溶液中冷却后600℃回火保温2h。经过该工艺处理后,辗后环件的组织更加均匀,综合力学性能有明显提高。