CN102847734B - 一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法，将原有的冷拔棒材工艺改变调整为冷拔盘卷工艺；对原有的去应力退火工艺变更为再结晶退火工艺；对原有的退火后涂油交货工艺变更为盘卷润滑处理的工艺生产方法。同时本发明还涉及按照所述制造方法生产出的18CrNi8盘卷冷拔材。本发明所提供的一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法及其产品，解决了冷挤压中“模具损耗大，模具损坏多，材料的利用率低，不能适应连续冷挤压”的问题，提高了18CrNi8盘卷冷拔材在冷挤压中的成材率，满足了18CrNi8冷挤压过程中生产要求，通过冷拔加工工艺的实施。

Description

一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法及其产品

技术领域

本发明涉及冶金行业18CrNi8合金钢的制造方法，具体地，涉及一种18CrNi8盘卷冷拔材制造方法以及按照该方法生产出的18CrNi8盘卷冷拔材，能适用于冷挤压成型加工。

背景技术

18CrNi8是合金钢的一个种类。合金钢(alloy steel)，即钢里除铁、碳外，加入其他的元素，就叫合金钢。在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

18CrNi8合金钢是制造各类汽车发动机、船舶引擎关键材料，通常作为制作内燃机喷油嘴针阀精密偶件，是油嘴中关键材料之一。18CrNi8钢的特点是：碳含量在0.15～0.20％，铬含量在1.80～2.10％,镍含量在1.80～2.10％，硅含量在0.15～0.40％，锰含量在0.40～0.60％，用于制造发动机内燃机喷油嘴针阀精密偶件，广泛应用于各类汽车发动机、船舶引擎等设备中。

目前，钢铁制造商提供的18CrNi8合金钢产品，能适用于切削成型加工，其特点是：(1)通常的供货状态是以锻材、冷拉棒材、冷拉钢丝、热轧退火盘卷形式交货；(2)其主要性能要求：在确保组织为铁素体+珠光体，不允许出现非平衡组织前提下，退火的硬度指标通常在195HBW～225HBW之间，其中HBW表示布氏硬度(BrinellHardness)。

“切削成型加工”形式与“冷挤压成型加工”形式，是二种不同的成型方式，所述切削加工是指：用刀具从金属材料(毛坯)上切去多余的金属层，获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生产方法。所述冷挤压就是把金属毛坯放在冷挤压模腔中，在室温下，通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。目前，我国已能对铅、锡，铝、铜、锌及其合金、低碳钢、中碳钢、工具钢、低合金钢与不锈钢等金属进行冷挤压，甚至对轴承钢、高碳高铝合金工具钢、高速钢等也可以进行一定变形量的冷挤压。

适用于切削成型加工的18CrNi8合金钢产品，由于硬度较高，导致硬度及表面状态在挤压时模具损耗大，模具损坏多，材料的利用率较低，不能适应连续的冷挤压生产，使得经切削成型加工的18CrNi8合金钢产品适用范围较狭窄，不能适应冷挤压成型加工。理论上以“冷挤压成型加工”形式制作的产品比“切削成型加工”形式，具有“金属浪费少、成本低”的优点，受到机械制造商的欢迎。

能适应冷挤压成型加工的18CrNi8合金钢产品，是合适的盘卷冷拔材，也就是说：不是全部的18CrNi8合金钢盘卷冷拔材产品，都能适应“冷挤压成型加工”要求，只有部分18CrNi8合金钢盘卷冷拔材产品，能适应“冷挤压成型加工”要求。

因此，需要一种能够适应“冷挤压成型加工”要求的18CrNi8合金钢产品。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于设计一种冷拔生产方法，用于适合冷挤压用的18CrNi8盘卷的冷拔生产，从而将原有的冷拔棒材工艺改变调整为冷拔盘卷工艺；对原有的去应力退火工艺变更为再结晶退火工艺；对原有的退火后涂油交货工艺变更为盘卷润滑处理的工艺生产方法。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法，其工艺流程包括热轧退火处理、冷拔盘卷处理、再结晶退火处理和表面润滑处理流程，所述冷拔盘卷处理包括如下流程：盘卷、开卷和预矫、抛丸、拉拔和在线弯卷收集，所述表面润滑处理包括如下流程：硫酸酸洗、上皮膜剂、上润滑剂和吹干，其特征在于：

所述冷拔盘卷处理过程中，单道次冷变形量控制范围为20～35％，拉拔速度30～50m/min，

所述在线弯卷收集后得到的盘卷：外径1000～1150mm，内径850～1000mm，挠度小于3mm；

所述再结晶退火处理过程中，控制要求为：使经过冷拔盘卷处理后的盘卷随炉升温到690～710℃，保温8～10小时后，待冷却罩冷却到140℃或以下温度时出炉；

所述上皮膜剂流程中，所述皮膜剂溶液的控制：总酸度：35～42点，游离酸度：5.5～7.0点；所述皮膜剂浸渍温度：70～85℃，浸渍时间：5～10min；

所述上润滑剂流程中，所述润滑剂溶液的控制：LS-2液溶度5～7％，溶液P H值为8-9；润滑剂浸渍温度控制在85～95℃，浸渍时间控制在4～5min。

更优选地，所述冷拔流程通过冷拔用模具完成，所述冷拔用模具的尺寸如下：

入口锥45°～60°、润滑锥24°～36°、工作锥16°～18°、定径带3～4mm、出口锥60°；冷拔用模具的材质为如下材料中的一种：YG8、YG6、YG6X或人造钻石；其中，所述冷拔用模具的材质优选为YG8。

所述再结晶退火流程在强对流氮氢保护气氛罩式炉内进行，所述强对流氮氢保护气氛罩式炉的尺寸如下：

直径：3000mm高度：3700mm；保护气类型：N₂露点：≤-60℃；AX气露点≤-60℃；含氧量：≤5ppm；最大装炉量12吨；

所述硫酸酸洗流程中，采用硫酸溶液进行酸洗，所述硫酸溶液的成分控制为：硫酸浓度为10～20％，硫酸亚铁含量不大于55g/L，硫酸酸液温度控制60～85℃，硫酸酸洗时间5～10min。

同时，本发明还提供一种如前述冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法所生产出的18CrNi8盘卷冷拔材，适用于冷挤压成型加工，其特征在于：所述18CrNi8盘卷冷拔材脱碳深度≤0.10mm，由铁素体和珠光体组成，硬度≤190HBW，表面有润滑保护层。

如上技术方案，通过冷拔盘卷处理、再结晶退火处理、盘卷润滑处理三部分的生产方式生产的18CrNi8盘卷冷拔材成品，解决了冷挤压中“模具损耗大，模具损坏多，材料的利用率低，不能适应连续冷挤压”的问题，提高了18CrNi8盘卷冷拔材在冷挤压中的成材率，满足了18CrNi8冷挤压过程中生产要求。

通过冷拔加工工艺的实施，使18CrNi8盘卷钢材达到了高效生产，替代传统盘卷生产棒材生产工艺，工序费用大幅度下降产量与质量得到保证，同时也解决了冷挤压生产过程中连续化生产的需求，材料的利用率得到大幅度提高。其质量和性能完全满足冷挤压用户的使用要求。

具体实施方式

首先明确冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法的具体工艺流程。

1、热轧退火处理(盘卷冷拔材坯料制备)

电弧炉+LF精炼+VD真空脱气→钢锭开坯→盘卷轧制→盘卷退火处理，得到盘卷冷拔材坯料。

制得的盘卷冷拔材坯料要求如下：表面无裂纹、折叠、擦伤、雀皮、分层等缺陷且公差≤0.25+D％mm。

2、冷拔盘卷处理

将经过退火处理后得到的盘卷，在连续拉拔机上进行冷拉生产，按一定的规格冷拉后弯卷成盘卷。连续拉拔机是采用盘卷作原料进行高速连续拉拔，显示出极高的效率，主要生产步骤如下：

盘卷→开卷和预矫→抛丸→拉拔→在线弯卷收集

由于18CrNi8钢种的氧化皮较致密，因此，抛丸的难度、连续拉拔的难度非常大(国内相关的生产企业从未进行过相关的尝试)。因此，在拉拔过程中，冷变形量、模具的角度、安装和变形速度控制的十分关键，采用适当变形量与速度进行冷拉生产，有利于连续拉拔的顺利进行，具体生产控制要点如下：

1)冷拉生产

根据对18CrNi8钢种退火盘卷的塑性指标检测分析，单道次最大的冷变形量理论上可以达到40-55％。但实际生产中，由于受到冶炼成分和退火性能均匀性、轧制的表面缺陷以及成品最终性能等因素的制约，实际生产中，单道次冷变形量控制范围在20-35％之间，可以确保拉拔顺利和拉拔过程中不发生拉毛、断裂，同时确保弯曲收卷时卷形的整齐。

2)模具要求

冷拉所使用的模具内表面质量要求：无砂眼、无金属嵌入、无凹坑、环形沟槽等缺陷，选用湿式润滑的冷拉模，其表面光洁度达到镜面级别。

模芯的孔型结构由入口锥、润滑锥、工作锥、定径带和出口锥5部分组成。人口锥的作用是将线材导入模具，线材进人模具时，应尽可能保持平直，以防止线材产生不均匀应力。润滑锥的作用是在拉拔时导人润滑粉。为了在钢丝表面形成更厚的润滑涂层，润滑锥表面不需要抛光处理，以增加润滑压力。工作锥是模芯构造中至关重要的部分，线材表面润滑层的形成和全部塑性变形都在此区进行，模具具的工作效率也取决于工作锥的几何形状和面积，因此必须确保工作锥角的加工精度和表面光洁度。工作锥应加工成直线型，其表面不得有弧形过渡或圆滑过渡，且工作锥角与定径带应保持在同一轴线上，模芯外径和模套内径应保持同心，这样，可以防止线材拉拔中出现的椭圆现象。定径带的作用是控制拉拔线材的直径、不圆度、平直度及表面质量等工艺指标。为保证产品质量，定径带表面需要经过抛光处理，且要求定径带与工作锥和出口锥的交界面相互保持平行，并严格控制定径带的尺寸公差。定径带的长度由拉拔材料和模具的材料决定，但主要由拉拔的材料决定。

因此，冷拉用模具的几何尺寸设置如下：

入口锥45°～60°、润滑锥24°～36°、工作锥16°～18°、定径带3～4mm、出口锥60°；冷拔用模具的材质为如下材料中的一种：YG8、YG6、YG6X或人造钻石。

优选为YG8，所述YG8为钨钴类材料，耐磨性良好，使用强度和冲击韧性优于YG6。应力很大条件下的拉深模，适于拉制直径<50mm的钢，非铁金属丝及其合金线材或棒材，也用于尺寸较小工作载荷不大的冲压模和铆钉顶锻模。YG8高级制模材料。不经热处理，内、外硬度均匀一致。

3)拉拔速度和弯卷收集参数控制

18CrNi8钢种的冷拉变形采用中速拉拔，拉拔速度控制在不超过30-50m/min。同时，通过调整模具的角度，使经冷拉后成一直线，进入弯卷收集装置；

弯卷收集通过在线的三弯曲辊机组进行，弯曲后的盘卷外径在1000-1150mm，内径在：850-1000mm，挠度小于3mm，符合盘卷收卷的生产工艺要求。

3、再结晶退火处理

由于18CrNi8钢种采用一定的变形量工艺冷拉后，钢材周向应力的分布因轧制尺寸偏差产生不均匀性相对比较大，由于钢材产生加工硬化及周向应力的不均匀性无法进行后续的深加工，因此，经冷拔盘卷处理后得到的盘卷采取再结晶退火处理，以消除冷拔应力，尽可能降低硬度，恢复塑性，达到冷挤压生产要求。

再结晶退火处理的主要工艺要点如下：

冷拉后的盘卷在强对流氮氢保护气氛罩式炉进行退火的，所述罩式炉的有效尺寸是直径：3000mm高度：3700mm；保护气类型：N2露点：≤-60℃；AX气露点≤-60℃；含氧量：≤5ppm；最大装炉量12吨。所述AX气是氮气与氢气的混合气体，作用是钢材在退火中作为无氧化与脱碳的保护气体，确保钢材的退火质量。

再结晶退火的控制要求为：使经过冷拔盘卷处理后的盘卷随炉升温到690～710℃，保温8～10小时后，待冷却罩冷却到140℃或以下温度时出炉。

退火后钢材无氧化脱碳；组织为：铁素体+珠光体，不允许出现非平衡组织；硬度不大于190HBW。

4、盘卷润滑处理

零件加工中的冷挤压成型加工有别于切削成型加工，其挤压过程中变形量大，钢材承受的变形抗力大，因此，必须尽可能减小冷挤压过程中的摩擦系数，降低冷挤压时的变形抗力。故盘卷润滑处理是确保挤压顺利进行的最终关键，由于18CrNi8钢种退火处理后，表面存在着氧化色及冷拔用润滑剂燃烧后的残留物，这些物质对冷挤压的生产是致命的，是造成挤压模损伤与损坏，无法正常生产的最根本原因。因此，冷挤压前表面润滑处理，即先进行酸洗来去除退火后的氧化色及润滑油燃烧后的残留物，再进行润滑处理。

表面润滑处理流程如下：

硫酸酸洗→冲洗→上皮膜剂→冲洗→上润滑剂→吹干

主要工艺要点如下：

1)硫酸酸洗工艺

硫酸酸洗目的去除退火处理后，表面存在着氧化色及润滑油燃烧后的残留物，清洁钢材表面；

硫酸酸液的成分控制：硫酸浓度为10～20％，硫酸亚铁含量不大于55g/L；

硫酸酸洗温度和时间：酸液温度控制60～85℃，硫酸酸洗时间5-10分钟。

2)上皮膜剂和润滑剂工艺

D3-D35皮膜剂溶液的控制：总酸度(TA)：35-42，游离酸度(FA)：5.5-7.0；皮膜剂浸渍温度和时间：温度：70-85℃浸渍时间5-10min；

润滑剂溶液的控制：LS-2液溶度5-7％，溶液P H值为8-9；此处LS-2是润滑剂的一种型号，是众多型号中的一种，不同的生产厂家，成份有较大的区别，但主要成份仍为一种皂剂组成；

润滑剂浸渍温度和时间：润滑剂温度控制在85-95℃，浸渍时间4-5分钟。

经过表面润滑处理的18CrNi8钢种盘卷，在滑剂浸渍吊出后直接风干处理后进行防锈包装。

一种冷挤压用18CrNi8盘卷的冷拔材生产方法符合生产工艺要求。

下面结合生产实践，给出冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材的生产实例：

实施例1

冷挤压用18CrNi8盘卷的冷拔生产实例一

生产编号:0J12584 炉号：054-3808 规格:Φ15.4mm，主要化学成分见下表1

表1 18CrNi8钢的主要化学成分

元素	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni
								含量％	0.17	0.56	0.010	0.019	0.30	1.86	1.95

18CrNi8盘卷的制备：电弧炉+LF精炼+VD真空脱气→钢锭开坯→盘卷轧制→盘卷退火处理→冷拔盘卷处理(盘卷→开卷和预矫→抛丸→拉拔→在线弯卷收集)→再结晶退火→表面润滑处理(硫酸酸洗→冲洗→上皮膜剂→冲洗→上润滑剂→吹干)。

18CrNi8盘卷冷加工生产工艺：

Φ17mm退火(装炉量11.5吨，随炉升温到700-710℃，保温7小时，≤200C随炉控冷140℃)→冷拔盘卷处理(盘卷→开卷和预矫→抛丸→拉拔→在线弯卷收集)15.4mm盘卷(速度40m/min)→再结晶退火处理(装炉量11.5吨，随炉升温到690-710℃，保温10小时后控冷140℃)→盘卷润滑处理(硫酸浓度为14％，硫酸亚铁含量8g/L，温度控制60℃，浸渍5分钟；上D3-D35皮膜剂，总酸度(TA)：39，游离酸度(FA)：5.8，温度：75℃，浸渍时间10min；上润滑剂LS-2液溶度6％，温度控制在80-85℃，浸渍时间5-6分钟)→风干。

18CrNi8盘卷冷加工的性能：

硬度：HBW187；脱碳：0.09mm；球化组织：铁素体+珠光体；符合交货标准协议要求。

实施例2

冷挤压用18CrNi8盘卷的冷拔生产实例二

生产编号:1J00737 炉号：154-0006 规格:Φ16.4mm 主要化学成分见下表2

表2 18CrNi8钢的主要化学成分

元素	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni
								含量％	0.17	0.55	0.013	0.024	0.29	1.87	1.89

18CrNi8盘卷的制备：电弧炉+LF精炼+VD真空脱气→钢锭开坯→盘卷轧制→盘卷退火处理→冷拔盘卷处理(盘卷→开卷和预矫→抛丸→拉拔→在线弯卷收集)→再结晶退火→盘卷润滑处理。

18CrNi8盘卷冷加工生产工艺：

Φ18㎜退火(装炉量10.5吨，随炉升温到700-710℃，保温8小时,≤200C随炉控冷140℃)→冷拔盘卷处理(盘卷→开卷和预矫→抛丸→拉拔→在线弯卷收集)16.4㎜盘卷(速度35m/min)→再结晶退火处理(装炉量10.5吨，随炉升温到690-710℃，保温10小时后控冷140℃)→盘卷润滑处理(硫酸浓度为16％，硫酸亚铁含量5g/L，温度控制60℃，浸渍6分钟；上D3-D35皮膜剂，总酸度(TA)：40，游离酸度(FA)：6.1，温度：78℃，浸渍时间9min；上润滑剂LS-2液溶度5-6％，温度控制在80-85℃，浸渍时间6-7分钟)→风干。

18CrNi8盘卷冷加工的性能：

硬度为：HBW187；脱碳:0.05mm；球化组织：铁素体+珠光体；符合交货标准协议要求。

通过上述技术方案，便可得到18CrNi8盘卷冷拔材，所述制造方法用于适合冷挤压用的18CrNi8盘卷的冷拔生产，从而将原有的冷拔棒材工艺改变调整为冷拔盘卷工艺；对原有的去应力退火工艺变更为再结晶退火工艺；对原有的退火后涂油交货工艺变更为盘卷润滑处理的工艺生产方法。

从而解决了冷挤压中“模具损耗大，模具损坏多，材料的利用率低，不能适应连续冷挤压”的问题，提高了18CrNi8盘卷冷拔材在冷挤压中的成材率，满足了18CrNi8冷挤压过程中生产要求。

通过冷拔加工工艺的实施，使18CrNi8盘卷钢材达到了高效生产，替代传统盘卷生产棒材生产工艺，工序费用大幅度下降产量与质量得到保证，同时也解决了冷挤压生产过程中连续化生产的需求，材料的利用率得到大幅度提高。其质量和性能完全满足冷挤压用户的使用要求。

通过冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材生产方法进行的生产，其生产过程流畅，能适应冷挤压成型大批量生产的需要。

Claims (5)

1.一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法，其工艺流程包括热轧退火处理、冷拔盘卷处理、再结晶退火处理和表面润滑处理，所述冷拔盘卷处理包括如下流程：盘卷、开卷和预矫、抛丸、拉拔和在线弯卷收集，所述表面润滑处理包括如下流程：硫酸酸洗、上皮膜剂、上润滑剂和吹干，其特征在于：

在所述冷拔盘卷处理中，单道次冷变形量控制范围为20～35％，拉拔速度30～50m/min，

在所述在线弯卷收集后得到的盘卷：外径1000～1150mm，内径850～1000mm，挠度小于3mm；

在所述再结晶退火处理中，控制要求为：使经过冷拔盘卷处理后的盘卷随炉升温到690～710℃，保温8～10小时后，待冷却罩冷却到140℃或以下温度时出炉；

在所述上皮膜剂流程中，所述皮膜剂溶液的控制：总酸度：35～42点，游离酸度：5.5～7.0点；所述皮膜剂浸渍温度：70～85℃，浸渍时间：5～10min；

在所述上润滑剂流程中，所述润滑剂溶液的控制：LS-2液溶度5-7％，溶液PH值为8～9；润滑剂浸渍温度控制在85～95℃，浸渍时间控制在4～5min,

在所述硫酸酸洗流程中，采用硫酸溶液进行酸洗，所述硫酸溶液的成分控制为：硫酸浓度为10～20％，硫酸亚铁含量不大于55g/L，硫酸酸液温度控制60～85℃，硫酸酸洗时间5～10min。

2.根据权利要求1所述的一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法，其特征在于：

所述冷拔盘卷处理通过冷拔用模具完成，所述冷拔用模具的尺寸如下：

入口锥45°～60°、润滑锥24°～36°、工作锥16°～18°、定径带3～4mm、出口锥60°～90°；冷拔用模具的材质为如下材料中的一种：YG8、YG6、YG6X或人造钻石。

3.根据权利要求1所述的一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法，其特征在于：

所述再结晶退火在强对流氮氢保护气氛罩式炉内进行，所述强对流氮氢保护气氛罩式炉的尺寸如下：

直径：3000mm高度：3700mm；保护气类型：N₂露点：≤-60℃；AX气露点≤-60℃；含氧量：≤5ppm；最大装炉量12吨。

4.根据权利要求2所述的一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法，其特征在于：

所述冷拔用模具的材质为YG8。

5.一种如权利要求1所述的一种冷挤压用18CrNi8盘卷冷拔材制造方法所生产出的18CrNi8盘卷冷拔材，适用于冷挤压成型加工，其特征在于：

所述18CrNi8盘卷冷拔材脱碳深度≤0.10mm，由铁素体和珠光体组成，硬度≤190HBW，表面有润滑保护层。