CN102814347A - 中碳合金钢电接触加热温拔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中碳合金钢电接触加热温拔工艺，包括轧制盘元退火、酸洗、干燥、热拉拔、成品退火及矫直，所述热拉拔是将经过酸洗并干燥后的轧制盘元采用电接触加热方式，干式单相变压器电接触点是以拉模座为一极，活动小车为另一极，通过低电压、大电流，利用自身电阻使中碳合金钢发热升温同时拉拔变形。该工艺通过改变活动小车与拉模座间的盘元的长度控制其自加热的温度，具有设备简单，投资少，热效率高等优点，一次退火后，可多道次拉拔、总变形率大，大大减少了原拉拔工艺的中间退火次数，减少了酸洗工序，生产效率高、成本低、成品的冶金质量和成材率大幅度提高。

Description

中碳合金钢电接触加热温拔工艺

技术领域  

    本发明属于金属压力加工技术领域，尤其涉及一种金属棒线材的加热拉拔加工工艺。

背景技术  

利用传统的有模拉拔工艺对难加工线棒材进行加工时，由于合金的塑性低，单一道次断面收缩率低，导致拉拔道次多、模具寿命短、拉断频率高和能耗大等诸多问题；同时，在拉拔过程中需要进行多次退火，导致工艺流程复杂、表面质量差、生产效率低、材料浪费严重、成材率低等问题。无模拉拔成形工艺是一种热加工工艺，具有许多常规拉拔工艺所不具备的优点：不采用模具，工艺柔性度大；材料的变形程度可以在拉拔的过程中随时间变化，有利于生产实心或空心锥形件及变断面工件；材料的变形在局部区域发生，并且通过局部区域材料在变形过程中稳定扩展，使材料整体变形；材料的变形过程在高温范围内进行，其原始组织状态对变形过程的影响较小；热加工、无摩擦，能用于高强度及高摩擦材料成形；加工时拉拔力小；单一道次断面收缩率大；断面收缩率只取决于运动装置的移动速度；设备规模小，灵活性高，易实现自动控制[黄贞益，王萍，孔维斌，等.无模拉伸工艺及发展.华东冶金学院学报，2000，17(2)：118～120]。因此该工艺特别适合加工一些用常规有模拉拔很难成形的金属材料。但是，无模拉拔成形过程中变形温度、冷热源距离、送料速度和牵引速度等工艺参数的合理匹配与精确控制难度大，导致拉拔过程容易产生不稳定，成品尺寸均匀性差，产品质量不稳定，甚至出现拉断等问题。中国专利CN200610113610.8公开了一种智能化无模拉拔成形设备及其工艺，智能化无模拉拔成形设备，包括智能化自动控制系统、送料和牵引系统、测温与加热系统、冷却系统、保护气体供给系统；其工艺步骤为：首先松开自动压下装置，将待拉拔线棒料依次穿过送料辊，玻璃管，冷却水环和牵引辊；然后，启动压下装置压紧坯料；启动计算机控制程序后，线棒料在两对送料辊的作用下，以速度Vi向  前移动；同时，线棒料在两对牵引辊作用下，以速度Vo向前移动，在感应加热线圈和冷却水环喷射的冷却水的作用下，将位于两者之间的坯料部分加热，温度保持在熔点温度的0.5～0.9倍之间，使坯料上张力所引起的塑性变形集中在加热区域中；通过控制Vo与Vi之比为1＜Vo/Vi＜2.5，得到预期的断面收缩率，最高达到60％。其利用智能化技术对无模拉拔过程进行精确控制，实现对直径大于或等于2mm的金属线棒材进行拉拔成形，尤其能对难加工线棒材进行拉拔成形，单道次无模拉拔成形断面收缩率最高可达30～60％。

中国专利CN200810235718.3针对目前国内对于低合金高速钢的拉拔变形，通常采用热拉拔的方法以减小形变抗力并提高变形塑性，拉拔时坯料的温度为450-550℃；然而在该温度下，对于含有高含量硅的低合金高速钢仍然难以进行热拉拔变形，导致拉拔产品表面开裂，且断丝率很高。公开了一种低合金高速钢热拉拔工艺，包括坯料退火、酸洗、干燥、热拉拔、成品退火及矫直，所述坯料退火采用如下步骤： 1)将低合金高速钢轧制坯料放入退火炉，加热至900～920℃，加热升温速度为300℃/小时，保温时间为6～8小时； 2)低合金高速钢坯料退火冷却，当温度大于500℃时，冷却速度为25℃～30℃/小时； 3)当温度小于500℃时，将坯料取出； 4)退火工序总时间为36～48小时；

所述热拉拔采用如下步骤： 1)将经过酸洗并干燥后的单根坯料两头通电，利用自身电阻使高速钢发热升温； 2)当温度达到650～700℃时进行热拉拔变形；道次形变率为10～20％； 3)拉拔速率控制在10～15米/分钟。由于通过提高传统低合金高速钢坯料的退火温度，从而使得高Si低合金高速钢中碳化物分布均匀，并消除粗大碳化物，减少了在拉拔过程中由于碳化物开裂而导致产品表面产生裂纹以及断裂的倾向。同时本发明提高了低合金高速钢的常用热拉拔温度，一方面可进一步减少碳化物的开裂倾向，提高热塑性；另一方面使材料的变形抗力降低，加快原子运动，有利于原子扩散的进行和位错畸变区的恢复，减轻了材料的加工硬化现象，达到减少断裂率，提高拉拔速度，从而提高了生产效率的目的。

中碳合金钢因其含碳量高，合金元素含量高，组织中有大量复杂的合金碳化物，致使其冷变型困难，道次形变量小，一般均为8～15%，过去国内外传统的冷拔工艺多每拔一道次后即进行热处理、酸洗、涂层、再拉拔，从原料至成品需如此循环多次，其弊处主要有：生产效率低下、能耗高，不适宜现今规模化、节能化的生产模式；钢材在深度不等的表面层中易产生诸如碳化物被拉裂、拉断、基本产生微裂纹以及夹杂物碎裂、剥落、孔洞和沟槽等质量缺陷，当钢中有大块角状碳化物时存在时，缺陷更加突出，从而使材质性能下降、成材率下降、严重时甚至无法产生合格品；冷拔酸洗时产生的废水无法处理，产生环境污染。

发明内容  

本发明的目的在于提供一种中碳合金钢电接触加热温拔工艺，有效地解决了传统冷拔工艺的弊端，一次退火后，可多道次拉拔、总变形率大，大大减少了原拉拔工艺的中间退火次数，减少了酸洗工序，生产效率高、成本低、成品的冶金质量和成材率大幅度提高。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

中碳合金钢电接触加热温拔工艺，包括轧制盘元退火、酸洗、干燥、热拉拔、成品退火及矫直，所述热拉拔是将经过酸洗并干燥后的轧制盘元采用电接触加热方式，干式单相变压器电接触点是以拉模座为一极，活动小车为另一极，通过低电压、大电流，利用自身电阻使中碳合金钢发热升温同时拉拔变形，盘元温度为650～700℃，道次形变率为10～20％，拉拔速率为10～15米/分钟。

所述中碳合金钢的质量百分比为：C:0.48-0.58%,Si:≤0.35%,P:≤0.030%,

S:≤0.030%,Cr:20.00-22.00%,Ni:3.25-4.50%, N:0.35-0.50%。

本发明的采用电接触加热方式，所述热拉拔是将经过酸洗并干燥后的轧制盘元采用电接触加热方式，干式单相变压器电接触点是以拉模座为一极，活动小车为另一极，通过低电压、大电流，利用自身电阻使中碳合金钢发热升温同时拉拔变形，通过改变活动小车与拉模座间的盘元的长度控制其自加热的温度。其具有设备简单，投资少，热效率高等优点，通过工艺设备的改进，消除了传统电接触加热盘元表面易打火的不足。一次退火后，可多道次拉拔、总变形率大，最大变形量可达60～70%，大大减少了原拉拔工艺的中间退火次数，减少了酸洗工序，生产效率高、成本低、成品的冶金质量和成材率大幅度提高。

具体实施方式。  

实施例

中碳合金钢轧制盘元，尺寸为直径10mm；其质量百分比为C: 0.58%,Si: 0.35%, Cr:21%,Ni: 4.02%, N:0.43%，其余为Fe，杂质S和P的含量均低于0.02％。其热拉拔工艺如下：

1)先将轧制盘元置于退火炉中进行退火处理，升温速度为300℃/小时，待炉温升到920℃后保温6小时，并以25℃/小时冷却到500℃后出炉；

2)将退火坯料放入10％的稀盐酸溶液中，表面氧化皮去除后取出干燥；

3)将经过酸洗并干燥后的轧制盘元采用电接触加热方式，干式单相变压器电接触点是以拉模座为一极，活动小车为另一极，通过低电压、大电流，利用自身电阻使中碳合金钢发热升温同时拉拔变形，盘元温度为700℃，道次形变率为15％，拉拔速率为14米/分钟，反复拉拔直到所需直径4mm；

4)将拉拔后的成品进行退火处理，退火温度为880℃，保温4小时，消除成品在拉拔过程中产生的组织缺陷；

5)矫直；

6)检验入库：成品表面进行裂纹检验，将检验合格的产品进行包装入库。

过程原理：干式单相变压器电接触点是以拉模座为一极，活动小车为另一极，通过低电压、大电流的电热效应而加热轧制盘元，电极应与无关部分绝缘，以避免不应有的分流。电流热效应根据焦耳定律：Q=I2Rt  

式中： Q—   发热量（J）；

I-              次级电流（A）；

R—              被加热钢材电阻（Ω）；

t—              加热时间（S）；

钢材加热到一定温度所需的理论热量的公式：

     QL = C*（T终-T起）*r*L*S

式中：QL—理论需要热量（J）；

      C- 某钢号的比热（J/（g ·℃））；

      r- 比重（g/㎝3）；

      L- 被加热钢材长度（㎝）；

      S- 被加热钢材的截面积（㎝2）；

      T终- 加热的终止温度（℃）；

      T起- 加热的起始温度（℃）。

公式（1）、（2）中（I、R、C）几个参数是随加热温度的变化而变化的。随加热温度的升高，电流逐渐下降，电阻和比热逐渐上升；电阻和电阻率与长度成正比，和截面积成反比，参数随温度的变化给工程计算带来一定的难度。

     由于钢材加热过程的热散失，变压器和线路损耗等原因，致使钢材加热到控制温度所需实际热量大于理论需要热量（QL）。为保证钢材在短时间内达到控制温度，所需电流尽可能大，热散失和损耗尽可能小。

加热主要参数： 钢材直径、长度、加热温度、加热时间、次级电压、次级起始和终止电流、起始功率和终止功率、变压器容量等。有的参数在加热过程中随温度而变化，如次级电流、功率等。

加热温度的选择：温拔前的加热温度受钢种本身高温屈服强度、高温塑性、道次变形量、钢材拉后冷尺寸、生产效率、能耗等多种因素制约。在偏低的加热温度下温拔，会得到较高的冷尺寸精度、高的生产效率、低的能耗，钢材和电极的接触部分不易因超温而造成断头和断尾，但不利的一面是加工硬化大，在两道以上拉拔时断头多，拉拔力增大，难以实现多道次拉拔，影响生产的正常进行。若采用偏高的加热温度，虽然高温屈服强度低，高温塑性好，加工硬化小，利于多道次拉拔，但相应地带来了冷尺寸精度较差、生产效率低，能耗高、且钢材和电极接触部位易超温，进而导致拉拔时断头和断尾，以及在正常道次变形率情况下，出现因高温屈服强度不足而导致颈缩断裂。在分析了国内外资料和实验情况后认为：随着温度的升高，强度在下降；虽然塑性总的趋势在升高，但在一定温度（或温度区间）下，高温塑性出现低谷。这就要求在高温屈服强度能满足一般道次变形率情况下，选择高温塑性较高的温度，避免高温塑性较低的温度；同时考虑到是一道还是多道拉拔，是中间道次还是成品道次拉拔，以及生产效率、能耗等多种因素。

实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.中碳合金钢电接触加热温拔工艺，包括轧制盘元退火、酸洗、干燥、热拉拔、成品退火及矫直，其特征在于：所述热拉拔是将经过酸洗并干燥后的轧制盘元采用电接触加热方式，干式单相变压器电接触点是以拉模座为一极，活动小车为另一极，通过低电压、大电流，利用自身电阻使中碳合金钢发热升温同时拉拔变形，盘元温度为650～700℃，道次形变率为10～20％，拉拔速率为10～15米/分钟。

2.根据权利要求1所述的中碳合金钢电接触加热温拔工艺，其特征在于：所述中碳合金钢的质量百分比为：C:0.48-0.58%,Si:≤0.35%,P:≤0.030%,S:≤0.030%,Cr:20.00-22.00%,

Ni:3.25-4.50%,N:0.35-0.50%。