CN102152069B - 一种气阀钢型材生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气阀钢型材生产方法，其步骤是：对轧制型材进行固溶处理；对固溶处理后的型材去除氧化层；用加热的石灰浆镀层；轧制型材一端进行轧尖；埋覆润滑，加热轧制型材并拉拔；对拉拔后的材料进行固溶热处理；对固溶热处理后的材料进行矫直和磨光。所述步骤(3)石灰浆镀层中的石灰浆配方为石灰2重量份、水8重量份，加热80～100℃，镀层时间5～8分钟。所述步骤(5)的轧制型材采用电加热方法，加热温度为400℃～920℃；所述步骤(5)的润滑剂配方为碳粉6重量份、皂粉3重量份、硫磺1重量份。本发明具有内部晶体组织均匀，省略退火和酸洗工艺，降低生产成本，提高生产效率的特点。

Description

一种气阀钢型材生产方法

技术领域

本发明涉及一种型材的生产方法，尤其涉及一种气阀钢型材生产方法。 

背景技术

气阀钢型材俗称气阀钢小型材或气阀钢，是指直径小于10毫米，表面经磨光处理的气阀钢银亮棒，是主要用于制造小型汽油发动机、小型柴油发动机进、排气门的关键材料。目前，常用的气阀钢主要有53Cr21Mn9Ni4(简称21-4N)、33Cr23Ni8Mn3N(简称23-8N)和55Cr21Mn8Ni2N(简称21-2N)等奥氏体型气阀钢和42Cr9Si2及40Cr10Si2Mo等马氏体气阀钢。由于气门工作在高温、高压、高冲刷和高腐蚀等苛刻条件下，因此气阀钢必须具有较高的机械性能和耐腐蚀性能。而气阀钢在室温下(通常在0～35℃)具有强度高、塑形低、脆性大、冷变形困难、加工硬化明显、裂纹敏感性极强等一系列特征，使得气阀钢小型材的生产加工十分困难。 

目前，国外通常采用热精轧—矫直—磨光或热精轧—剥皮—滚光矫直的工艺路线生产气阀钢小型材。当然，这都是建立在先进的工装设备和工艺技术的基础上。国内由于轧制工装设备落后和工艺技术落后，小规格轧材的尺寸公差大，椭圆度大，表面质量差，不可能直接矫直磨光或剥皮滚光矫直，只有在轧制后，增加冷拉工艺，使轧制的尺寸公差、椭圆度、表面质量等指标达到能够直接磨光的要求。另外，国内目前的轧机普遍速度较慢，钢坯经多道次轧制，达到直径8毫米左右时，坯料已经冷却至不良变形温度，不能再继续轧制了，因此生产较小规格的气门钢小型材(如直径5.2毫米)不得不增加五个道次冷拉工艺，冷拉工艺不仅使轧制的尺寸公差、椭圆度、表面质量达到要求，还具有使钢坯外径减小，达到要求尺寸的作用。由于气阀钢具有前述基本特征，通常冷拉的道次减面率不大于15％，如超过15％，则可能造成冷拉材表面产生裂纹、拉断等一系列问题。然而，即使以15％的道次减面率冷拉，而每一道次冷拉后，都需要退火、酸洗、镀层等处理。因为材料在经过冷拉变形后，冷作硬化的硬度和材料内部应力达到极限，无法再进行拉拔变形，退火的目的是为消除材料在冷拉过程中冷作硬化的硬度和材料内部组织应力，以便给下个道次的冷拉提供塑性变形的条件；气阀钢材料 的退火温度通常在740～840℃之间，在此温度区内，需要保温3～4小时，使材料冷拉变形后的内部组织得到均匀和变形带来的应力得到释放，从而降低材料硬度，使材料的塑性具备可再次冷拉变形的条件。酸洗是将经过拉拔前和拉拔后的材料表面进行清洗，使材料表面无氧化皮和粘附物，使材料在拉拔变形过程能够顺畅变形和不伤害材料表面，酸洗通常将配比好的酸液，用蒸汽加热到100～200℃后，将材料放入酸液适当时间，使酸液与材料表面氧化皮或粘附物进行腐蚀反应，使拉拔前的盘元(盘条)表面清洁，从而使冷拉的材料变形顺畅和表面不造成划伤。镀层是材料酸洗表面干净的情况下，再将材料放入搅拌均匀的机油、碳粉、纯石灰膏(重量比4∶2∶4)润滑剂镀层池中，使材料表面粘附一层润滑剂，然后进行晾干或者烘干后，方能进行冷拉生产，目的在于使材料在冷拉过程中变形更顺畅和不划伤材料，同时降低拉丝模具的套芯。由此可知，现有技术冷拉过程中，每拉拔一个道次，除了以上重复繁杂的操作外，由于气阀钢材料的硬度和强度高，塑性差，断料的频次极高，从而会造成材料报废，成材率较低，通常只有92％左右。如此以来现有气阀钢生产方法不仅操作繁杂，生产成本高，而且大大降低了产品从拉丝到成品的综合成材率。而且材料内部晶体组织不均匀。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种内部晶体组织均匀，省略退火和酸洗工艺，降低生产成本，提高生产效率的气阀钢型材生产方法。 

本发明的技术解决方案是： 

一种气阀钢型材生产方法，其步骤是： 

(1)对轧制型材进行固溶处理； 

(2)对固溶处理后的型材去除氧化层； 

(3)用加热的石灰浆镀层； 

(4)轧制型材一端进行轧尖； 

(5)埋覆润滑，对轧制型材加热并拉拔； 

(6)对拉拔后的材料进行固溶热处理； 

(7)对固溶热处理后的材料进行矫直和磨光。 

步骤(1)固溶处理的条件是：温度为1080℃，时间为60分钟。 

步骤(3)石灰浆镀层中的石灰浆配方为石灰2重量份、水8重量份，加热80～100℃，镀层时间5～8分钟。 

步骤(5)的轧制型材采用电加热方法，加热温度为400℃～920℃；润滑剂配方为碳粉6重量份、皂粉3重量份、硫磺1重量份。 

步骤(6)固溶热处理的条件是：温度为1100℃，时间为80分钟。 

本发明的技术效果是：本发明所述温拉是指在400℃～920℃温度下进行拉拔的生产工艺，常规的拉拔工艺是在温室下进行的，通常称为冷拉。由于气阀钢在室温下，强度高、塑性低、脆性大，加工硬化明显，裂纹敏感性极强，因此冷拉变形十分困难。当对被拉材料进行加热，并使其达到400℃～920℃时，气阀钢硬度高、塑性差、变形难度大的基本特征发生相应的变化，使得材料拉拔时较为容易，道次减面率大幅度提高，且内部组织均匀一致。由于本发明采用了温拉技术，拉拔道次间的材料不需要进行退火、酸洗等处理，可直接进行下一道次的温拉。虽然根据最终产品规格的不同，从轧材到矫直磨光材的拉拔道次不同，但不论进行多少道次的拉拔，本发明的温拉方法总是可以省略中间环节的退火、酸洗工序，直接连续拉拔，简化了生产工艺。另外，本发明的气阀钢型材生产方法是根据我国现有轧制拉拔设备的基本情况，采用：温拉—热处理—矫直—磨光的生产方法，以温拉取代冷拉，在温拉过程中，对气阀钢材料进行加热，随着温度的升高，材料的硬度必然会降低，硬度降低，材料塑性必然会相对提高，塑性提高，材料变形延伸率得到提高，使得气阀钢拉拔道次减面率可以提高到20％以上，且在加热拉拔变形过程中，塑性变形更加顺畅，相比冷拉工艺的冷加工，硬化现象得到极大缓解。材料在温拉的情况下，材料芯部与表面变形相对一致，材料晶粒度内外一致，晶粒度级差可以控制在2级以内，解决了材料混晶的问题。材料采用本发明温拉时，由于材料加热，润滑剂也熔化，增强了润滑剂的附着力，并且与材料表面融合均匀紧密且不会脱落，因此，在拉拔道次之间，可以省略退火、酸洗处理，直接拉拔加工。另外，在温拉时，对拉拔润滑剂采用碳粉、皂粉、硫磺混合物，拉拔前不再用冷拉繁杂的镀层工艺，只采取熟石灰水加热至沸腾，热煮镀层，相比冷拉工艺，节省了生产成本，提高了生产效率。因此，采用本发明的温拉工艺方法，塑性变形顺畅的同时，使得气阀钢的温拉速度进一步提高，道次面减率进一步增加，拉拔材的表面质量进一步 提高，材料内部组织变形均匀一致。经试验验证，采用本发明的温拉工艺拉拔生产21-4N、23-8N、21-2N、42Cr9Si2、40Cr10Si2Mo等奥氏体或马氏体型气阀钢小型材，成材率、劳动生产率都有明显的提高，生产成本降低10％，尤其是材料内部组织的均匀性得到最大程度改善。 

附图说明

1、图1为本发明实施例气阀钢小型材电加热示意图。 

2、图2为21-4N材料利用现有冷拉工艺固溶时效后材料外部边缘金相组织图(X400)。 

3、图3为21-4N材料利用现有冷拉工艺固溶时效后材料芯部金相组织图(X400)。 

4、图4为本发明实施例21-4N利用本发明温拉工艺固溶时效后材料外部边缘金相组织图(X400)。 

5、图5为本发明实施例21-4N利用本发明温拉工艺固溶时效后材料芯部金相组织图(X400)。 

图中，1、电控柜，2、整流装置，3、控制器，4、负极辊，5、正极辊，6、气阀钢型材，7、第1道模具，8、第2道模具，9、第3道模具，10、牵引机。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明： 

本实施例材质为：53Cr21Mn9Ni4N(21-4N)，温拉道次分三次连续进行。 

炉号为XJ10-7-46，重量3216kg。 

本实施例轧制规格：轧制型材直径8mm，成品材规格：直径5.2mm 

本实施例温拉采用电接触加热方式，电接触加热如图1所示，在每道次拉拔模具入口端前，在负极辊4、正极辊5之间通上直流电，本实施例第1次拉拔道次温度控制在620℃±15℃范围，道次减面率为19.0％；第2次拉拔道次温度控制在580℃±15℃范围，道次减面率为20.98％；第3次拉拔道次温度控制在560℃±15℃范围，道次减面率为23.44％。材料直径由直径8毫米分别缩减为7.2毫米、6.4毫米、5.6毫米。即： 

拉拔道次减面率：19.0％    20.98％    23.44％ 

拉拔前后的直径：8mm——→φ7.2mm——→φ6.4mm——→φ5.6mm 

本实施例轧制型材拉拔线速度为18～30米/分钟，第1次拉拔道次电加热电压42～45V，电流160～180A；第2次拉拔道次电加热电压42～45V，电流140～150A；第3次拉拔道次电加热电压42～45V，电流120～140A。 

本发明所述温拉是指在400℃～920℃温度下进行拉拔。对被拉拔材料进行加热，并将加热位置，设置在模具进口前，通过调节拉拔速度、加热段长度、加热功率等参数，使被拉拔材料的加热温度能随不同的拉拔速度，调节到一个恒定的温度范围。被拉拔材料的加热温度应控制在400℃～920℃，具体根据被拉拔材料的材质、规格不同而进行调整，以使被拉拔材料既具备了较好的塑性，而又有一定的强度，能承受拉拔时产生的拉伸延长缩径。加热温度稳定后，将其恒定在±15℃的范围内。 

在温拉时，拉拔速度根据被加热段温度来调整，拉拔温度根据加热段长度来调整，因为加热段长度越长，电流对其加热的时间也就相对的长，加热段长度越短，加热的时间就会缩短，在同样的拉拔速度下，温度就会越高；同时调整加热功率，功率越大，即加热材料单位截面积的电流密度越大，在短的时间内，温度就会升高越快，塑性就会越好，拉拔的速度就可以加快；同时大规格材料比小规格材料截面积大，需要加热的功率较大或时间较长；再有，材料的材质由于合金含量不一样，同时电阻值也不一样，材料的塑性也有较大的差异，所以温拉时的拉拔速度、加热段长度、加热功率，还需要根据材料材质的不同，规格的不同进行调整。且在拉拔过程中，使用激光测温仪，对加热段温度进行监控调整。 

本实施例润滑方式：拉拔前采用石灰镀层，及碳粉、皂粉、硫磺(重量比6∶3∶1)固体润滑剂埋覆润滑。因为现有的润滑剂及润滑工艺存在包覆困难、润滑失效、润滑剂附着力不强等问题。在提高了拉拔温度后，对润滑剂进行相应的调整，采用碳粉、皂粉、硫磺(重量比6∶3∶1)埋覆被拉拔材料，在温拉400～920℃的情况下，硫磺和皂粉会熔化，在皂粉润滑的情况下，碳粉同时粘附进行拉拔润滑。不但解决了以上问题，而且还降低了拉拔润滑剂的使用成本。 

本实施例具体生产方法是： 

(1)固溶处理：对轧制型材进行固溶处理(1080℃×60分钟)，使材料 中各种相充分溶解，并消除轧制应力。 

(2)去除氧化层：消除轧制应力软化后，进行抛丸机喷砂，打掉材料表面氧化皮。 

(3)石灰浆加热镀层，将石灰与水按2∶8(重量比)放入镀层池并搅拌均匀后，在石灰浆中通入水蒸汽进行加热，使石灰浆保持80～100℃，轧制型材放入镀层池5～8分钟后，将轧制型材移出晾干，轧制型材表面必须有明显的石灰浆发白痕迹，使材料表面附着薄薄的一层石灰浆，石灰镀层为材料温拉时润滑剂的埋覆做好准备。 

(4)轧尖：用滚动式轧尖机把轧制型材一端端部轧细，以便拉拔时穿过模具。 

(5)埋覆润滑及温拉：拉丝模具前用碳粉、皂粉、硫磺(重量比6∶3∶1)混合物埋覆润滑，在本实例中，轧制型材从直径8mm分三个道次直接拉到直径5.6mm后，再按要求进行固溶热处理，本实施例固溶处理条件是1100℃×80分钟，使材料内部组织达到要求的标准。 

(6)矫直、磨光：磨削量为0.4mm，磨光至直径5.2mm。 

(7)外观检查和机械性试验，经外观检查和机械性试验，产品质量达到GB/12773-2008标准要求。 

21-4N，φ5.6mm冷拉固溶时效(X400)(1100℃×80分钟固溶，740℃×180分钟时效)后金相检测如图2、图3照片(X400)所示，从图2、图3金相照片可以看出，图2、图3由于冷拉后，材料表面与芯部变形量不一致，固溶后材料边缘与芯部组织差异较大，晶粒度级差5级，严重混晶，不符合GB/12773-2008标准要求。 

本实施例21-4N，直径5.6mm的材料温拉固溶时效(1100℃×80分钟固溶，740℃×180分钟时效)后如图4、图5照片(X400)所示，从图4、图5金相照片可以看出，材料内外变形比较一致，材料固溶后边缘与芯部组织一致性较好，晶粒度级差0.5级，符合GB/12773-2008标准要求。 

从本实例可以看出，采用本发明工艺减少了拉拔道次，省略了冷拉拔道次间的退火、酸洗等处理工艺，提高了劳动生产率，降低了生产成本，更为关键的是解决了冷拉材料内部组织不均匀的生产质量问题。 

Claims (1)

1.一种气阀钢型材生产方法，其步骤是：

(1)对轧制型材进行固溶处理，固溶处理的条件是：温度为1080℃，时间为60分钟；

(2)对固溶处理后的型材去除氧化层；

(3)用加热的石灰浆镀层，石灰浆镀层中的石灰浆配方为石灰2重量份、水8重量份，加热80～100℃，镀层时间5～8分钟；

(4)轧制型材一端进行轧尖；

(5)润滑剂埋覆润滑，轧制型材加热并拉拔，采用电加热方法，加热温度为400℃～920℃；润滑剂配方为碳粉6重量份、皂粉3重量份、硫磺1重量份；

(6)对拉拔后的材料进行固溶热处理，固溶热处理的条件是：温度为1100℃，时间为80分钟；

(7)对固溶热处理后的材料进行矫直和磨光。

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