CN102781614B - 制造不锈钢产品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从线材开始制造双相不锈钢丝产品的方法，所述方法包括以下步骤：将所述线材表面粗糙化；在所述线材表面上施加载体涂层；使用包含硬质合金的切边模将所述线材剥皮；将所述线材表面粗糙化；在所述线材表面上施加载体涂层；以及拉拔成最终的钢丝尺寸。在所述剥皮步骤中，所用的切边模的前刀面刃带角η为10-30°，刀前角γ为10-25°，间隙角α为3-10°，前刀面刃带宽度w为0.1-0.5mm，刃半径为0.02-0.08mm。根据所述方法制造的双相不锈钢丝产品显示优异的抗疲劳性。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造双相不锈钢丝产品的方法。
背景技术
双相不锈钢合金具有由约45至65%奥氏体和35至55%铁素体组成的微观结构。所述双相结构抑制晶粒生长并且因此细小的晶粒度对双相不锈钢合金非常高的强度作出贡献。与奥氏体不锈钢丝产品相比，已知双相不锈钢丝产品具有与良好的抗疲劳特性结合的优异的耐腐蚀性和高机械强度，并因此适用于在例如海水应用中的弹簧应用。
双相不锈钢丝产品的生产路线由退火或不退火，具有5.5-1.2mm直径的线材开始。将所述线材在盐酸中酸洗以除去氧化皮，并将载体，通常为水合钠涂覆到线材表面上以利于拉拔。然后将线材在几个减径步骤中冷拉成最终的钢丝尺寸。中间退火步骤通常是必要的以达到2.5mm以下的最终尺寸。可将获得的最终钢丝产品用于例如其中必需优异耐腐蚀性的弹簧应用中。
然而，对于特定应用，其中使终产品经历严重的高周疲劳和高动态应力，例如用于喷射泵的弹簧，期望改进双相不锈钢丝产品的抗疲劳特性。众所周知的用于具有改进的抗疲劳特性的常规奥氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢丝产品的生产路线包括剥皮步骤，其给予终产品以更好的表面质量和因此较少的裂纹引发点，以及因此改进的抗疲劳性。除用于生产双相不锈钢丝产品的上述步骤之外，剥皮的奥氏体不锈钢丝产品的生产路线包括在拉拔至最终尺寸之前使用切边模剥皮的步骤，和在剥皮后额外的酸洗步骤，包括盐浴炉、二次酸洗、盐酸，以及施加载体涂层。
因为双相不锈钢丝的特殊性质，例如其高机械强度和其奥氏体与铁素体的组合，然而结果是难以调节剥皮过程，从而使其可包括在双相不锈钢丝的生产路线中。铁素体相倾向于粘着在切边模上而奥氏体相是坚韧的和硬的，这导致高工具磨损和差切屑断裂。甚至在退火条件下，当不锈钢合金的晶粒度通常较大时，双相不锈钢合金的晶粒度也较小，其与化学组成结合产生非常硬的材料。因此，双相不锈钢合金的特性使其难以将双相不锈钢线材剥皮。
发明内容
因此目标问题是提供一种制造双相不锈钢丝产品的方法，其与常规制造的双相不锈钢丝产品相比显出改进的抗疲劳性。所述目标问题通过从线材开始制造双相不锈钢丝产品的方法解决，所述方法包括以下步骤：将所述线材表面粗糙化；在所述线材表面上施加载体涂层；使用包含硬质合金的切边模将所述线材剥皮；将所述线材表面粗糙化；在所述线材表面上施加载体涂层；以及拉拔成最终的钢丝尺寸。在剥皮步骤中，所用的切边模的前刀面刃带角η为10-30°，刀前角γ为10-25°，间隙角α为3-10°，前刀面刃带宽度w为0.1-0.5mm，刃半径为0.02-0.08mm。本发明的制造方法产生剥皮的双相不锈钢丝产品。通过使用本发明的方法，与常规制造的双相不锈钢丝产品相比，可显著减少最终双相不锈钢丝产品中的表面缺陷的量，导致改进的抗疲劳性。
附图说明
图1是剥皮过程的示意图。
图2a-2b是切边模的示意图。
图3a-3c示出涡流试验结果。
具体实施方式
用于制造本发明剥皮的双相不锈钢丝产品，下文中也称为剥皮双相钢丝产品的方法的原料是直径为5.5-12mm的双相不锈钢线材，其可以是退火或不退火的。退火通常产生较大的晶粒度和较软的材料。然而，所述效果对于双相不锈钢线材可以忽略并因此两种材料均可使用。
本发明的制造方法包括以下步骤：
●优选通过在盐酸中酸洗将线材表面粗糙化，尤其是如果线材表面上存在由退火产生的氧化皮。这可以与使用盐浴炉和二次酸洗的较强酸洗结合。然而，作为对酸洗的替代，也可机械粗糙化。
●在线材表面上施加载体涂层，优选水合硼酸钠。
●使用切边模将表面层剥去。所述剥皮过程图示示出在图1中（未按比例画）。在切边模之前，优选放置拉延模以将线材(1)拉直并引导进入切边模(2)。在拉拔操作期间使线材直径稍微减小。在剥皮操作期间剥去大约0.2至0.5mm线材直径。使用润滑剂，优选硬脂酸钙润滑剂以减少拉拔期间的摩擦并且在拉拔钢丝和切边模上喷涂乳液以降低摩擦并在剥皮期间冷却模具。在切边模中必须使用硬质合金组合物，优选属于ISO等级P10的材料。切边模具有前刀面刃带角η、间隙角α、刀前角γ、前刀面刃带宽度w和刃半径。图2a是切边模的横截面示意图。图2b示出图2a中画圈区域的放大图，示出不同的模具角和前刀面刃带宽度。所述图未按比例画。
前刀面刃带角η影响切屑(3)的切削力。较大的角使得工具更稳定并较少受磨损影响，但是同时使得切屑切削过程更重，引起较高剪切应力和切削力，并由此引起高温。前刀面上的高温使工具寿命劣化。前刀面刃带角主要影响靠近刀刃的工具部分。为了使得切割刃足够强并且同时使剥皮过程期间产生的热最小化，前刀面刃带角应该至少为10°且最大30°。根据本发明，前刀面刃带角η为10-30°，优选15-20°。
间隙角α影响剥皮钢丝的表面。该角越大，表面受到切削力的压力影响越少。为了使接触压力以及由此产生的热最小化，间隙角应该至少为3°或更大。然而，使得该角变大也使得刀刃磨损更快，并因此剥皮表面更受到切削力影响。大的间隙角也产生更易受刀刃断口和工具断裂影响的刀刃。为了使得切削刀刃足够强，间隙角不应该超过10°。根据本发明，间隙角α为3-10°、优选5-7°、或甚至更优选大约6°。
与前刀面刃带角相似，前刀面刃带宽度w影响切屑的切削力。为了使得切削刀刃足够强，并且同时使剥皮过程期间产生的热最小化，前刀面刃带宽度w应该为至少0.1mm以增加切削刀刃的强度，并且最大0.5mm从而使前刀面温度保持在可接受的水平。根据本发明，前刀面刃带宽度w为0.1-0.5mm、优选大约0.3mm。
并且刀前角γ影响切屑的切削力。较大的刀前角使得工具较不稳定，并更容易受磨损影响，但是同时使得切屑的切削过程更顺利，引起较低的剪切应力和切削力。通过刀前角控制流屑和切屑滚纹。较大的刀正前角产生有更多滚纹的切屑。为了优化流屑同时使切削期间产生的热最小化，刀前角应该为至少10°。然而，为了使切边模稳定并且不容易受磨损影响，刀前角不应该超过25°。根据本发明，刀前角γ为10-25°、优选10-20°、或甚至更优选大约15°。
前刀面刃带角η、前刀面刃带宽度w和刀前角γ的组合产生切屑形成过程的总能量消耗，从而控制切屑形成过程的总能量。
切边模还具有确定切削刀刃(2a)锋利度的刃半径。刃半径应该为至少0.02mm以使得切削刀刃足够强，并且最大0.08mm以使切削过程中产生的热最小化。根据本发明，刃半径为0.02-0.08mm、优选0.03-0.06mm、或甚至更优选0.03-0.05mm。
切边模参数的组合设置使得本发明的切边模适用于将具有粘的铁素体相和坚韧的和硬的奥氏体相组合的双相不锈钢线材剥皮。
表1示出了用于将奥氏体不锈钢线材剥皮用标准切边模中的角度以及用于本发明制造方法中的角度区间的概述。
| 标准切边模 | 双相切边模 | |
| 前刀面刃带角η | 10° | 10°-30° |
| 刀前角γ | 0° | 10°-25° |
| 间隙角α | 6° | 3°-10° |
表1：标准切边模的常用值和双相切边模区间
●将线材表面粗糙化，优选通过在盐浴炉中酸洗，然后通过二次酸洗和在盐酸中酸洗以粗糙化表面并腐蚀晶界。可选地，可将所述表面机械粗糙化。需要粗糙化步骤因为剥皮后表面非常光滑，不可能干拉拔。也不可能使良好的载体和拉拔润滑剂承载于光滑的表面上。
●在线材表面上施加载体涂层。优选所述载体涂层由水合硼酸钠组成。
●优选在数个步骤中使用多个逐次更窄的拉延模，从轧辊到轧辊连续拉拔至最终尺寸。通常需要4-10个拉延模。例如，为将钢丝直径从8.2mm减小至3.6mm，需要7个拉延模。
根据本发明方法制造得到的剥皮双相钢丝产品应该优选不含有比最终钢丝直径的6%深，或突起大于最终钢丝直径的6%的表面缺陷。
本发明的线材优选具有以重量%计的以下组成，
0≤C≤0.5
0.1≤Si≤2.0
0.1≤Mn≤7.0
0.1≤Ni≤8.0
18≤Cr≤35
0≤Cu≤3.0
0.10≤N≤0.6
0≤Mo≤6.0
0≤W≤1.0
0≤V≤1.0
0≤Ti≤1.0
0≤Al≤1.0
0≤Nb≤1.0
0≤Co≤1.5
余量为Fe以及正常出现的杂质。奥氏体含量优选为45-65%且铁素体含量优选为35-55%。
更优选，所述线材具有根据标准UNS S31803的组成，或甚至更优选所述线材具有根据标准UNS S32205的组成。
在本发明的优选实施方式中，在剥皮前，将在不退火条件下传递的，根据标准UNS S32205的双相不锈钢线材酸洗并涂覆。测试几种不同类型的切边模并评价模具角。测试的结果示出在表2中。样品1和2为本发明的切边模，以及样品3-5为参考样品。样品5为用于将奥氏体不锈钢线材剥皮的标准切边模。用于切边模的硬质合金等级为可商购获得的等级MP10（Sandvik）。对于所有测试的模具，间隙角α为6°，前刀面刃带宽度w为0.3mm，刃半径为0.05mm。
| 样品 | η | γ | 所得钢丝表面 | 所得切边模 |
| 1 | 15° | 15° | 良好 | 模具处于良好状态 |
| 2 | 20° | 15° | 良好 | 模具处于良好状态 |
| 3 | 15° | 0° | 不合格 | 模具断裂 |
| 4 | 20° | 0° | 不合格 | 切边模入口处断裂 |
| 5 | 10° | 0° | 不合格 | 模具断裂 |
表2：双相不锈钢线材剥皮的结果。
然后将剥皮后示出良好结果的样品1和2酸洗并用载体涂层涂覆，并且使用七个拉拔模具拉拔至最终尺寸。在多块机中将钢丝从8.2mm的剥皮线材直接拉拔至3.6mm的最终尺寸。在最初三个模具盒中使用硬脂酸钙作为润滑剂，并在剩余的模具中使用硬脂酸钠。在最初的拉拔步骤期间因为低速和相对软的材料，材料温度不太升高。因此具有低熔融温度的钙是最佳选择。当材料变形硬化并且拉拔速度增加时，必须使用具有更高熔点的润滑剂。因此通常将脂肪酸钠用于最后的减径步骤中。
将模具和绞盘上的冷却水的温度保持在30±5℃以在钢丝上获得良好的润滑膜。在最终尺寸下的拉拔速度不超过5m/s。
使用涡流（EC）测试在最后减径步骤之后对最终的剥皮不锈钢双相钢丝连续进行表面质量测量。EC测试是检测表面不平和裂纹的非破坏性试验方法。使用参考标准以校准仪器；参考标准的纵向切口具有深度为钢丝直径的6%（0.2mm），长度10mm和宽度0.10mm的U型侧面。图3中，将3.6mm剥皮双相不锈钢丝（图3a）与由不退火线材拉拔的标准3.6mm双相不锈钢丝（图3b）的EC测试结果一起示出。水平标尺表示时间t且纵向标尺表示检测信号的振幅A。各测试进行大约8分钟，其相当于以2m/s线速围绕1000m最终的钢丝。图3c示出在低得多的速度下手动拉拔参考标准的EC测试。如可从测试结果中看出，与由不退火线材拉拔的标准3.6mm双相不锈钢丝相比，剥皮双相不锈钢丝具有少得多的缺陷或更少的表面缺陷。
因此可得出结论，本发明的制造方法产生显著改进的抗疲劳性，因为起始于表面缺陷的裂纹是疲劳断裂的最常见原因，尤其是在作为本发明剥皮双相钢丝产品的主要关注点的高达100,000,000周的循环范围中。
可通过计算PRE值从理论上测定或通过腐蚀测试从实验上来测定耐腐蚀性。临界点蚀温度（CPT）是常用且公知的腐蚀测试方法。通过施加恒电位（恒电位法）并测量电流大幅度增加时的温度而电化学地测定CPT。
测定本发明的双相不锈钢丝样品和对比样品不锈钢合金17-7PH的CPT值。在300mV恒电位下将样品浸渍于0.1%NaCl溶液中。每5min使溶液温度上升5℃直到可在样品上发现腐蚀。
PRE值如下定义：
PRE，抗点蚀当量=%Cr+3.3×%Mo+16×%N。
较高的PRE值对应于较好的耐腐蚀性。
表3中，将根据标准UNS S32205的双相不锈钢合金的PRE和CPT值与通常用于高疲劳弹簧应用的沉淀可硬化不锈钢合金17-7PH的相应值进行比较。
| PRE | CPT(+300mV，1%Cl-) | |
| UNS S32205 | 35 | 78℃ |
| 17-7PH | 18 | 25℃ |
表3：钢合金的耐腐蚀特性。
对于一些高疲劳弹簧应用，例如在腐蚀性介质中的泵弹簧和用于航空航天应用的弹簧，由于差的耐腐蚀特性，17-7PH是不足够的。在很多应用中，必须对17-7PH钝化以获得足够的耐腐蚀性。在本发明制造方法的情况下，不需要这种额外的生产步骤，因此得到成本效率更好的产品。并且与不剥皮的双相不锈钢丝产品相比时，剥皮的双相不锈钢丝产品得益于其具有较少腐蚀引发点的光滑表面而显示出更好的耐腐蚀特性。与剥皮的沉淀可硬化不锈钢丝产品例如17-7PH和不剥皮的双相不锈钢丝产品两者相比，剥皮的双相钢丝产品因此具有优异的耐腐蚀特性，同时显示出优异的抗疲劳特性。可得出结论本发明的剥皮双相不锈钢丝产品非常适用于腐蚀介质中的高疲劳弹簧的应用。
Claims (11)
1.一种从线材开始制造双相不锈钢丝产品的方法，所述方法包括以下步骤：将所述线材表面粗糙化；在所述线材表面上施加载体涂层；使用包含硬质合金的切边模将所述线材剥皮；将所述线材表面粗糙化；在所述线材表面上施加载体涂层；以及拉拔成最终的钢丝尺寸，所述方法特征在于在所述剥皮步骤中，所用的切边模的前刀面刃带角η为10-30°，刀前角γ为10-25°，间隙角α为3-10°，前刀面刃带宽度w为0.1-0.5mm，刃半径为0.02-0.08mm。
2.根据权利要求1所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述前刀面刃带角η为15-20°。
3.根据权利要求1所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述刀前角γ为10-20°。
4.根据权利要求2所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述刀前角γ为10-20°。
5.根据权利要求1所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述间隙角α为5-7°。
6.根据权利要求2所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述间隙角α为5-7°。
7.根据权利要求3所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述间隙角α为5-7°。
8.根据权利要求4所述的制造双相不锈钢丝产品的方法，其中所述间隙角α为5-7°。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述线材具有以重量％计的以下组成，
0≤C≤0.5
0.1≤Si≤2.0
0.1≤Mn≤7.0
0.1≤Ni≤8.0
18≤Cr≤35
0≤Cu≤3.0
0.10≤N≤0.6
0≤Mo≤6.0
0≤W≤1.0
0≤V≤1.0
0≤Ti≤1.0
0≤Al≤1.0
0≤Nb≤1.0
0≤Co≤1.5
余量为Fe以及正常出现的杂质，其中铁素体含量为35-55％且奥氏体含量为45-65％。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述线材具有根据标准UNS S31803的组成。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述线材具有根据标准UNS S32205的组成。
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