CN115011872B - 一种高尺寸稳定性液压阀芯用冷拉圆钢棒的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高尺寸稳定性液压阀芯用冷拉圆钢棒的制造方法，方法中热轧盘条的直径范围为5.5‑25mm。生产工艺流程：转炉或电炉冶炼、LF精炼、RH或VD脱气、连铸、坯料表面处理、线材高温轧制和吐丝、控制冷却、冷拉拔。本发明生产的液压阀芯用冷拉圆钢棒在后续的机加工和表面热处理过程中具有优良的尺寸稳定性，能够取消对热轧盘条的正火工艺，并以此规避了正火工艺所导致的表面脱碳。全流程全方位做到液压阀芯用热轧盘条和冷拉圆钢棒低成本，高质量生产，达到节能降耗的目的。
Description
技术领域
本发明涉及圆钢的制造方法，尤其涉及适用于冷拉的圆钢棒的制造方法。
背景技术
在液压阀中，需要通过控制液压阀芯的运动达到控制机构的运动。液压阀芯在液压阀内不断的作直线往复运动。这就需要液压阀芯具有优良的同轴度和表面耐磨性。液压阀芯的生产工艺：走心机切屑加工-(渗碳或渗氮)表面热处理-表面精磨。由于液压阀芯通常是细长的、形状复杂的零件，在渗碳或渗氮表面热处理过程中容易发生尺寸波动或弯曲度超标的现象，而造成零件加工报废。目前解决这一难题的通常做法是将液压阀芯用钢在机加工前进行离线正火，而离线正火会增加冷拉圆钢表面的脱碳，正火后相应的需要增加圆钢表面切屑量，再者离线正火就是浪费能源，增加了液压阀芯用钢棒的生产成本。
因此，开发一种尺寸稳定性更高的液压阀芯用冷拉圆钢棒可以节省离线正火这一道热处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种高尺寸稳定性液压阀芯用冷拉圆钢棒的制造方法，来提高圆钢棒渗碳或渗氮表面热处理后尺寸的稳定性，实现了液压阀芯用热轧盘条和冷拉圆钢棒低成本，高质量生产，达到节能降耗。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高尺寸稳定性液压阀芯用热轧盘条的制造方法，包括：
步骤一、元素成分设计：按质量百分比为:C：0.13-0.18％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.60-0.90％，P：≤0.030％，S：0.015-0.020％，Cr：0.90-1.20％，Mo：0.15-0.25％，Al:0.030-0.040％，N：0.0060％-0.0200％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
步骤二、钢水冶炼：按照步骤一的元素成分冶炼钢水，冶炼涉及初炼、精炼、真空脱气；
步骤三、浇铸：步骤二的钢水浇铸成钢坯；
步骤四、钢坯轧制：分为加热工艺、轧制工艺，其中，在加热过程中AlN开始少量析出，均温段温度控制在1000-1200℃，均热段的加热时间在30-50min范围内，防止AlN颗粒长大；钢坯加热后经高压水除鳞，之后进行轧制，轧制分为粗轧、中轧、预精轧和精轧，控制粗轧温度在900-1000℃，中轧温度和预精轧温度控制在900-950℃，吐丝温度控制在900-950℃，盘条规格为5.5-25mm；
步骤五、轧后冷却：轧制后的盘条先快冷通过高温区，冷却速度为1.5℃/s-6℃/s，控制盘条表面不产生全脱碳层，总脱碳层深度控制在0.7％D以内，D代表盘条直径；待温度降至700-800℃时开始缓冷，盘条缓冷前组织应仍然处于全奥氏体状态，未发生分解，缓冷的冷却速度为0.1℃/s-0.5℃/s，缓冷至500℃以下，在缓慢冷却过程中，AlN以细小质点再次析出，盘条出罩后将盘卷收集自然冷却，得到铁素体+珠光体+点状碳化物的平衡组织。
优选地，步骤二中，初炼为转炉或电炉冶炼，出钢时，顺钢流加入渣料、合金块和脱氧剂；精炼为LF精炼，邻近结束或结束后喂入增氮线向钢水中补充氮；真空脱气时使用氮气作为提升气体或低吹气体。
优选地，步骤三采用连铸工艺，将步骤二的钢水转移至中间包浇铸成连铸坯，钢水过热度控制在15-40℃，连铸全程采用氩气保护避免钢水接触氧气，连铸坯经火切后堆冷或下缓冷坑冷却。
优选地，步骤四，加热采用步进式加热炉进行加热，加热炉预热段的温度控制在≤650℃，加热炉加热均温段温度控制在1000-1200℃，总加热时间控制在90-160min。
优选地，步骤五，轧制后的盘条在斯太尔摩冷却线冷却，冷却线保温罩前段打开4-6个保温罩，后面保温罩全关，辊道速度0.15-0.3m/s，前4-6个风机打开风量20％以上以进行快冷，缩短盘条在高温状态下停留时间控制脱碳，快冷结束后盘条进入保温罩进行缓冷，缓冷过程中奥氏体分解为铁素体和珠光体，并伴有点状碳化物产生。
冷拉圆钢棒是将上述方法获得的盘条经冷拉拔，拉拔减面率设置在5％-15％，优选8％，拉拔后校直，整支冷拉圆钢棒的弯曲跳动控制在0.3mm/m以内。为了更好的进行冷拉拔，拉拔前对热轧盘条酸洗+润滑。
本申请所具有的特点包括：
(1)钢中添加一定的硫可以改善钢的切屑性能，但限定了硫含量的上限，硫含量过多容易导致材料脆性增加，不利于拉拔。另外，钢中添加一定比例的铝和氮，在轧制过程中形成AlN析出物，钉扎奥氏体晶界，可以有效防止液压阀芯在表面热处理过程中的晶粒粗大，降低零件尺寸的变形。
(2)盘条最终的组织为铁素体+片状珠光体+少量点状碳化物，接近类似于平衡态组织，其组织的形成是在罩内缓慢冷却过程中由奥氏体分解成铁素体+珠光体组织。点状碳化物的形成过程是奥氏体加热时的残留，还有后续冷却过程中个别点析出。其存在对盘条的性能无影响。
(3)本申请采用高温轧制工艺，高温轧制时有AlN析出，提高奥氏体的稳定性，增加奥氏体后面的分解势能，避免产生不稳定的组织如贝氏体，减小内应力，使分解后的组织尽量趋于平衡态。
(4)本申请的热轧盘条经冷拉获得圆钢板在进一步的液压阀芯的加工工序中，可以提高加工性，以及渗碳或渗氮热处理后的尺寸稳定性。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用在现有的钢中添加Al和N元素，并结合高温轧制和高温吐丝和先快后慢的冷却工艺的控制。采用高温轧制和高温吐丝工艺，可以使得盘条获得均匀的且实际轧后奥氏体晶粒度在5-6级的奥氏体晶粒。并且结合坯料加热工艺和盘条吐丝后先快后慢的冷却工艺，保证钢中所加的Al和N，能够形成细小弥散的AlN颗粒钉扎原奥氏体晶界。保证液压阀芯在渗碳热处理中奥氏体晶粒尺寸稳定。盘条的金相组织与正火热处理后的一致，并于离线正火热处理相比，能够减轻离线热处理带来的附加脱碳。不仅能够实现取消离线正火，而且还能取消冷拉圆钢表面剥皮工艺，同时还能保证液压阀芯在机加工和表面热处理过程中的液压阀芯的尺寸和弯曲变形。
附图说明
图1为本发明实施例中热轧盘条的显微组织，图中所示组织为铁素体和珠光体的平衡态，并有点状碳化物。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，不应理解为对本申请技术方案的限定。
实施例1
本实施例涉及生产高尺寸稳定性液压阀芯用冷拉圆钢棒所含及重量百分比为：C：0.15％，Si：0.22％，Mn：0.75％，P：≤0.013％，S：≤0.016％，Cr：1.05％，Mo：0.18％，Al:0.03％，N：0.0120％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。线材直径为12mm，其工艺流程为：主要原料依次经过转炉冶炼、LF+RH炉外精炼，精炼喂入增氮线，并使用氮气作为提升气体。钢水采用15～30℃低过热度全程氩气保护浇铸成连铸坯，坯料缓冷后进行表面处理，去除表面缺陷。处理后将坯料在加热炉加热至1150℃，总加热时长120min出炉，开轧温度980℃，中轧温度920℃，预精轧温度930℃，精轧温度930℃，吐丝温度930℃。斯太尔摩进行冷却，辊道速度设置为0.15m/s，打开前段4个保温罩，风机风量均开到20％，后段保温罩全关，盘条进保温罩温度780℃，出保温罩温度480℃。斯太尔摩冷却后收集下线空冷。在经过联合拉拔开卷并校直，拉拔减面率为8％。整支冷拉圆钢棒的弯曲跳动可控制在0.3mm/m以内。
实施例2
本实施例涉及生产高尺寸稳定性液压阀芯用冷拉圆钢棒所含及重量百分比为：C：0.16％，Si：0.20％，Mn：0.75％，P：≤0.013％，S：≤0.018％，Cr：1.05％，Mo：0.18％，Al:0.035％，N：0.0180％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。线材直径为14mm，其工艺流程为：主要原料依次经过转炉冶炼、LF+RH炉号精炼，精炼喂入增氮线，并使用氮气作为提升气体。钢水采用15～30℃低过热度全程氩气保护浇铸成连铸坯，坯料缓冷后进行表面处理，剥皮去除表面缺陷。处理后将坯料在加热炉加热至1180℃，总加热时长120min出炉，均热段保温20min,开轧温度1000℃，中轧温度940℃，预精轧温度930℃，精轧温度950℃，吐丝温度940℃。
在斯太尔摩冷却线上进行冷却，辊道速度为0.20m/s，打开前面5个保温罩，风机风量均开20％，盘条进保温罩温度790℃，出保温罩温度500℃。斯太尔摩冷却后收集盘条下线空冷。在经过联合拉拔开卷并校直，拉拔减面率为10％。整支冷拉圆钢棒的弯曲跳动在0.3mm/m以内。
表1实施例1、2的盘条力学性能
| 抗拉强度MPa | 硬度HV1 | |
| 实施例1 | 613 | 191 |
| 实施例2 | 640 | 200 |
采用离线正火的对比例
热轧盘条的化学成分C：0.16％，Si：0.24％，Mn：0.79％，P：≤0.018％，S：≤0.016％，Cr：1.13％，Mo：0.17％，Al:0.020％，N：0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。线材直径为12mm，其工艺流程为：经过相近的冶炼连铸，坯料缓冷后进行表面处理。处理后将坯料在加热炉加热至1020-1100℃，保温120-160min出炉，开轧温度920±30℃，中轧温度900±30℃，预精轧温度880±20℃，精轧温度880±20℃，吐丝温度860±10℃。盘条经过离线正火后开卷成棒，棒材表面经过剥皮或车皮(去掉因正火产生的表面脱碳层)校直后交货。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高尺寸稳定性液压阀芯用热轧盘条的制造方法，其特征在于：包括，
步骤一、元素成分设计：按质量百分比为: C：0.13-0.18%，Si：0.15-0.35%，Mn：0.60-0.90%，P：≤0.030%，S：0.015-0.020%，Cr：0.90-1.20%，Mo：0.15-0.25%，Al: 0.030-0.040%，N：0.0060%-0.0200%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
步骤二、钢水冶炼：按照步骤一的元素成分冶炼钢水，冶炼涉及初炼、精炼、真空脱气；
步骤三、浇铸：步骤二的钢水浇铸成钢坯；
步骤四、钢坯轧制：分为加热工艺、轧制工艺，其中，在加热过程中AlN开始少量析出，均温段温度控制在1000-1200℃，均热段的加热时间在30-50min范围内，防止AlN颗粒长大；钢坯加热后经高压水除鳞，之后进行轧制，轧制分为粗轧、中轧、预精轧和精轧，控制粗轧温度在900-1000℃，中轧温度和预精轧温度控制在900-950℃，吐丝温度控制在900-950℃，盘条规格为5.5-25mm；
步骤五、轧后冷却：轧制后的盘条先快冷通过高温区，冷却速度为1.5℃/s-6℃/s，控制盘条表面不产生全脱碳层，总脱碳层深度控制在0.7%D以内，D代表盘条直径；待温度降至700-800℃时开始缓冷，盘条缓冷前组织仍然处于全奥氏体状态，未发生分解，缓冷的冷却速度为0.1℃/s-0.5℃/s，缓冷至500℃以下，在缓慢冷却过程中，AlN以细小质点再次析出，盘条出罩后将盘卷收集自然冷却，得到铁素体+珠光体+点状碳化物的平衡组织。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中，初炼为转炉或电炉冶炼，出钢时，顺钢流加入渣料、合金块和脱氧剂；精炼为LF精炼，邻近结束或结束后喂入增氮线向钢水中补充氮；真空脱气时使用氮气作为提升气体或低吹气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤三采用连铸工艺，将步骤二的钢水转移至中间包浇铸成连铸坯，钢水过热度控制在15-40℃，连铸全程采用氩气保护避免钢水接触氧气，连铸坯经火切后堆冷或下缓冷坑冷却。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤四，加热采用步进式加热炉进行加热，加热炉预热段的温度控制在≤650℃，加热炉加热均温段温度控制在1000-1200℃，总加热时间控制在90-160min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤五，轧制后的盘条在斯太尔摩冷却线冷却，冷却线保温罩前段打开4-6个保温罩，后面保温罩全关，辊道速度0.15-0.3m/s，前4-6个风机打开风量20%以上以进行快冷，缩短盘条在高温状态下停留时间控制脱碳，快冷结束后盘条进入保温罩进行缓冷，缓冷过程中奥氏体分解为铁素体和珠光体，并伴有点状碳化物产生。
6.一种高尺寸稳定性液压阀芯用冷拉圆钢棒的制造方法，其特征在于：根据权利要求1所述方法获得的盘条经冷拉拔，拉拔减面率设置在5%-15%，制备得到冷拉圆钢棒。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述拉拔减面率为8%。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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