CN110016620A - 一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料及其生产工艺,所述耐高低温铁素体材料由如下重量百分比的成分组成:C:0.17~0.25wt%,Mn:0.40~0.80wt%,0<Si≤0.4wt%,0<P≤0.025wt%,0<S≤0.025wt%,Cr:1.20~1.50wt%,0<Ni≤0.60wt%,Mo:0.55~0.80wt%,0<Al≤0.030t%,0<V≤0.030wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。所述铁素体材料具有较高的塑性指标,伸长率、断面收缩率,在冷塑性变形中,材料的变形抗力小,加工硬化率低,材料的屈强比值小,硬度适当。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域,具体地,涉及一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料及其生产工艺。
背景技术
铁素体不锈钢因具有良好的成形性、优异的耐应力腐蚀和抗高温氧化性能及低成本等优点,深受研究者和业界的青睐;且铁素体不锈钢具有合适的导热系数及热膨胀系数,适合应用于热交换及热循环的场合。
耐高温铁素体材料,需要在700℃高温区域连续工作下产品不会变形又能用于冷挤压的材料。
现国内类似此类材料线材表面高强度化、非金属夹杂物和表面缺陷及脱碳状况差,为清除表面缺陷和脱碳层,只能用于机加工行业进行加工,且机加工后金属材料流线会被切断,通过后处理后仍有断裂风险,往往安全系数要求高的连接部件不会采用此类加工工艺。
对于耐高温铁素体材料,公开号为CN105200330A的中国专利提供了一种耐高温铁素体不锈钢及其制造方法,该钢的化学成分质量百分数如下:C≤0.025%,N≤0.015%,Si:0.1~1.2%,Mn:1.0~2.0%,Cr:18.0~24.0%,P≤0.03%,S≤0.002%,Ni≤0.3%,Mo:1.5~2.5%,W:0.3~2.0%,4(C+N)≤Ti≤0.2%,10(C+N)+0.30%≤Nb≤0.80%,且必须满足:C+N≤0.035%,2%≤Mo+W≤3.5%,Nb+W+Mo≤4.0%,其余为Fe以及不可避免的杂质元素,杂质元素总量<0.05%。本发明得到的耐高温铁素体不锈钢的高温强度及高温强度稳定性有明显提高,具体是在1050℃下高温屈服强度σ0.2≥24MPa,1050℃时效100h后高温屈服强度σ0.2≥20MPa,适合应用在使用温度达到1000℃以上的应用领域,如汽车排气***中高温端部件歧管等。然而,该专利所提供的耐高温铁素体不锈钢及其制造方法在后续处理过程中仍然存在断裂风险。
发明内容
为解决上述存在的问题,本发明的目的在于提供一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料及其生产工艺,所述铁素体材料具有较高的塑性指标,伸长率、断面收缩率,在冷塑性变形中,材料的变形抗力小,加工硬化率低,材料的屈强比值小,硬度适当。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料,所述耐高低温铁素体材料由如下重量百分比的成分组成:C:0.17~0.25wt%,Mn:0.40~0.80wt%,0<Si≤0.4wt%,0<P≤0.025wt%,0<S≤0.025wt%,Cr:1.20~1.50wt%,0<Ni≤0.60wt%,Mo:0.55~0.80wt%,0<Al≤0.030t%,0<V≤0.030wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地,在距离耐高低温铁素体材料表面2mm以内的耐高低温铁素体材料内夹杂物的尺寸≤0.15Lm。
进一步地,所述耐高低温铁素体材料内B类杂物≤0.5级,D类夹杂物≤1级,夹杂物总和≤3级。
同时,本发明还提供一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,所述生产工艺包括如下步骤:
一、母材加工
1)电炉熔化:
加入原料铁矿石提炼钢水,硫最大含量为0.025wt%;
2)炉外精炼:
在高温下用氧化剂将过多的碳和其他杂质氧化除去,控制夹杂物,且在炼钢过程中按照配比添加铬、镍、钼、铝、钒,调整钢水的成分;
3)铸造:
将钢水倒入连铸机变成固体形态;
4)大棒开坯,轧制过程中控制坯料尺寸、长度;
5)线材加热、轧制得母材:
控制加热炉残氧量,保证脱碳正常,轧制过程中控制母线尺寸在要求的公差范围内;
二、线材加工
①球化退火处理,将所得母材进行球化退火处理;
②第一道拉拔,将球化后的母材进行拉拔,得螺丝线,第一次减面收缩率≤30%;
③球化退火处理,将第一道拉拔处理后的螺丝线进行球化退火处理;
④精拉(第二道拉拔):
第二次减面收缩率≤1%,抗拉强度550~650MPa;
⑤制作完成,得到所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料。
进一步地,所述母材形状为圆盘。
进一步地,步骤①和步骤③所述球化退火处理分别为等温球化退火处理,具体工艺如下:等温球化退火温度为:760~770℃,保温3~4h,炉冷至660~680℃,等温4~6h至500℃,出炉。
进一步地,步骤③所述球化退火处理后,螺丝线的抗拉强度:550~650MPa、硬度:160-180HV。
进一步地,所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料抗拉强度:600~700MPa,断面收缩率:40%,硬度:75~95HRB。
本发明的有益效果在于:
所述耐高低温铁素体材料,具有较高的塑性指标,伸长率、断面收缩率;在冷塑性变形中,材料的变形抗力小,加工硬化率低,材料的屈强比值小,硬度适当,在-50℃的低温以及700℃高温仍具有良好的切割加工性能;
表面无裂痕,表面光滑圆整,无凹凸折叠、结疤、麻点等缺陷;
夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一,夹杂物颗粒愈大,愈易开裂,在距表面2mm以内的夹杂物尺寸应不大于0.15Lm。一般认为,非金属夹杂物中B类(氧化铝)和C类(球状氧化物)夹杂物危害最大。本发明所提供的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料中,B类夹杂物不大于0.5级,D类夹杂物不大于1级,其他夹杂物不大于2级,夹杂物总和不大于3级。
所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料抗拉强度:600~700MPa,断面收缩率:40%,硬度:75~95HRB。
具体实施方式
实施例1
本发明所述的一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料,所述耐高低温铁素体材料由如下重量百分比的成分组成:C:0.17~0.25wt%,Mn:0.40~0.80wt%,0<Si≤0.4wt%,0<P≤0.025wt%,0<S≤0.025wt%,Cr:1.20~1.50wt%,0<Ni≤0.60wt%,Mo:0.55~0.80wt%,0<Al≤0.030t%,0<V≤0.030wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地,在距离耐高低温铁素体材料表面2mm以内的耐高低温铁素体材料内夹杂物的尺寸≤0.15Lm。
进一步地,所述耐高低温铁素体材料内B类杂物≤0.5级,D类夹杂物≤1级,夹杂物总和≤3级。
同时,本发明还提供一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,所述生产工艺包括如下步骤:
一、母材加工
1)电炉熔化:
加入原料铁矿石提炼钢水(保证残余元素合格,出钢确认化学成分符合要求),硫最大含量为0.025wt%,可以改善后续冷镦搓丝时开裂打滑;
2)炉外精炼:
在高温下用氧化剂将过多的碳和其他杂质氧化除去,控制夹杂物,且在炼钢过程中按照配比添加铬、镍、钼、铝、钒,调整钢水的成分;
(操作要点:按照材质要求调整化学成分到目标)
其中,氧化剂为氧气或氧化铁。
3)铸造:
将钢水倒入连铸机变成固体形态;
(操作要点:保证内部质量需控制外来异物掉入)
4)大棒开坯,轧制过程中控制坯料尺寸、长度;
其中,开坯机的主要功能是对加热炉加热后的坯料进行往复轧制,轧制成一定尺寸的中间坯料供连轧机组使用。
5)线材加热、轧制得母材,所述母材形状为圆盘:
控制加热炉残氧量,保证脱碳正常,轧制过程中控制母线尺寸在要求的公差范围内;
对于加热炉残氧量的控制,在加热炉炉尾预热段(700℃左右位置)安装一台氧分析仪,检测点选在炉尾靠近烟道炉壁侧面,选用直插式测氧仪。其安装点环境温度为0~100℃,检测点环境温度700~900℃。
二、线材加工
①球化退火处理,将所得母材进行球化退火处理;
球化退火处理为等温球化退火处理,等温球化退火温度为:760~770℃,保温3~4h,炉冷至660~680℃,等温4~6h至500℃,出炉。
②第一道拉拔,将球化后的母材进行拉拔,得螺丝线,第一次减面收缩率≤30%;
③球化退火处理,将第一道拉拔处理后的螺丝线进行球化退火处理,球化退火处理后,螺丝线的抗拉强度:550~650MPa、硬度:160-180HV;
球化退火处理为等温球化退火处理,等温球化退火温度为:760~770℃,保温3~4h,炉冷至660~680℃,等温4~6h至500℃,出炉。
等温球化退火,其塑性良好,冷挤压冷成型效果明显。
④精拉(第二道拉拔):
第二次减面收缩率≤1%,抗拉强度550~650MPa;
为了解决线材表面球化后皮膜不均匀,第二次减面收缩率不超过1%,抗拉强度550~650MPa。
根据铁碳状态理论,片状珠光体在保温过程中,由于其曲率半径不同,各处的溶解度不同,引起碳的扩散,打破了碳浓度的平衡,结果导致渗碳体的球化,精拉后得到有良好冷挤性能的组织,压力机压力稳定,冷挤压尺寸稳定。
⑤制作完成,得到所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料。
所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料抗拉强度:600~700MPa,断面收缩率:40%,硬度:75~95HRB。
需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (8)
1.一种冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料,其特征在于,所述耐高低温铁素体材料由如下重量百分比的成分组成:C:0.17~0.25wt%,Mn:0.40~0.80wt%,0<Si≤0.4wt%,0<P≤0.025wt%,0<S≤0.025wt%,Cr:1.20~1.50wt%,0<Ni≤0.60wt%,Mo:0.55~0.80wt%,0<Al≤0.030t%,0<V≤0.030wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料,其特征在于,在距离耐高低温铁素体材料表面2mm以内的耐高低温铁素体材料内夹杂物的尺寸≤0.15Lm。
3.根据权利要求1所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料,其特征在于,所述耐高低温铁素体材料内B类杂物≤0.5级,D类夹杂物≤1级,夹杂物总和≤3级。
4.一种如权利要求1~3中任一项所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,其特征在于,所述生产工艺包括如下步骤:
一、母材加工
1)电炉熔化:
加入原料铁矿石提炼钢水,硫最大含量为0.025wt%;
2)炉外精炼:
在高温下用氧化剂将过多的碳和其他杂质氧化除去,控制夹杂物,且在炼钢过程中按照配比添加铬、镍、钼、铝、钒,调整钢水的成分;
3)铸造:
将钢水倒入连铸机变成固体形态;
4)大棒开坯,轧制过程中控制坯料尺寸、长度;
5)线材加热、轧制得母材:
控制加热炉残氧量,保证脱碳正常,轧制过程中控制母线尺寸在要求的公差范围内;
二、线材加工
①球化退火处理,将所得母材进行球化退火处理;
②第一道拉拔,将球化后的母材进行拉拔,得螺丝线,第一次减面收缩率≤30%;
③球化退火处理,将第一道拉拔处理后的螺丝线进行球化退火处理;
④精拉(第二道拉拔):
第二次减面收缩率≤1%,抗拉强度550~650MPa;
⑤制作完成,得到所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料。
5.根据权利要求4所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,其特征在于,所述母材形状为圆盘。
6.根据权利要求4所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,其特征在于,步骤①和步骤③所述球化退火处理分别为等温球化退火处理,具体工艺如下:等温球化退火温度为:760~770℃,保温3~4h,炉冷至660~680℃,等温4~6h至500℃,出炉。
7.根据权利要求4所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,其特征在于,步骤③所述球化退火处理后,螺丝线的抗拉强度:550~650MPa、硬度:160-180HV。
8.根据权利要求4所述的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料的生产工艺,其特征在于,所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料抗拉强度:600~700MPa,断面收缩率:40%,硬度:75~95HRB。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190716 |
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