CN102912102A

CN102912102A - 用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法

Info

Publication number: CN102912102A
Application number: CN2012104196110A
Authority: CN
Inventors: 汤飞
Original assignee: Baosteel Special Material Co Ltd
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-02-06

Abstract

用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，包括如下步骤：1）球状化退火，GCr15热轧盘卷随炉升温到780~800℃，保温5~7小时后以≤20℃/h冷却至710~730℃，保温2~4小时，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉；2）冷拔盘卷处理，冷拉弯卷成成品盘卷；单道次拉拔压缩率不大于46%，拉拔速度30~60m/min；3）高温软化退火处理，罩式炉退火，随炉升温到780~800℃，保温5~7小时后以≤20℃/h冷却至710~730℃，保温2~4小时，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉；4）盘卷润滑处理，对盘卷进行硫酸酸洗、冲洗、上皮膜剂、冲洗、表面润滑处理、吹干处理后进行防锈包装。

Description

用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法

技术领域

本发明涉及GCr15盘卷冷拔材制造方法，尤其涉及用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，盘卷冷拔材产品交货要求：无氧化，脱碳深度不大于公称直径的1.0%mm；组织为：球状化珠光体2-4级；硬度不大于190HBW；同时，材料表面无裂纹，要有润滑保护层。

背景技术

轴承钢是合金钢的一个种类。GCr15铬轴承钢，是制造各类轴承的主要材料之一，GCr15轴承钢的特点是：碳含量在0.95~1.05%，铬含量在1.30~1.65，用于制造各种结构件，或零部件产品（电机、机床、汽车、火车、矿山通用机械等设备上的滚动体或轴承套圈等）。

钢铁制造商提供合格的GCr15轴承钢棒材（或盘卷）材料产品，供货状态的特点是：1）、热轧材供货，适用于热锻成型加工；2）、热轧退火材供货，适用于切削成型加工；3）、冷拉退火材供货，适用于切削成型加工。

机械制造商将钢铁制造商提供的GCr15轴承钢材料产品，加工成合格的GCr15轴承钢结构件（或零部件）；加工特点是：1）、切削成型加工；2）、热锻成型加工。

目前，机械制造商进行设备改进，可以进行“切削成型加工；热锻成型加工”之外的“连续的冷挤压成型工艺”。说明：“冷挤压成型加工”形式与“切削成型加工”、“热锻成型加工”、“冷镦钢球加工”，是不同的成型方式，“冷挤压成型加工”具有“冷变形量大、对材料性能、表面质量要求高”的特点，但此工艺生产金属结构件如轴承套圈具有“金属浪费少、成本低、套圈质量好”的优点，受到机械制造商的欢迎。

目前，钢铁制造商生产的GCr15冷拉退火盘卷材料，其冷加工艺为：热轧盘卷→球化退火→冷拉成品→成品再结晶退火→包装，适用于机械制造商的“切削成型加工”，如：冷镦钢球的生产。

但是，不能满足机械制造商的“连续的冷挤压成型工艺”要求。说明：在连续冷挤压金属结构件生产时，极易产生材料的开裂、挤伤，模具损坏等，无法进行正常的冷挤压生产。其不足之处为：成品再结晶退火后硬度较高，适用范围较狭窄，表面无润滑层，不能适应冷挤压成型加工。原因是：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。

能适应冷挤压成型轴承套圈加工的GCr15合金钢产品，是合适的盘卷冷拔材。经同类型的专利检索，冷挤压金属结构件用GCr15盘卷冷拔材的生产，无相同或类似的专利。

综上所述，冷挤压金属结构件用GCr15盘卷冷拔材的生产，是一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，实现轴承钢结构件连续化生产，基本杜绝了“GCr15盘卷冷拔材”冷挤压金属结构件生产中的“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”生产现象，提高了材料在冷挤压金属结构件的成材率，满足了GCr15冷挤压金属结构件过程中生产要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，包括如下步骤：

1)球状化退火

GCr15热轧盘卷在强对流氮氢保护气氛罩式炉进行退火，保护气类型：N₂露点≤-60℃；氮氢保护气露点≤-60℃；含氧量≤5ppm；GCr15热轧盘卷随炉升温到780~800℃，保温5~7小时后以≤20℃/h冷却至710~730℃，保温2~4小时，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉；

2)冷拔盘卷处理

经过球状化退火处理后的盘卷在带机械除鳞设备的拉拔机上进行冷拉生产，冷拉弯卷成成品盘卷；单道次拉拔压缩率不大于46%，拉拔速度30~60m/min；

3)高温软化退火处理

冷拉后的GCr15盘卷在强对流氮氢保护气氛罩式炉进行退火，罩式炉保护气类型：N₂露点≤-60℃；氮氢保护气露点≤-60℃；含氧量≤5ppm；

盘卷随炉升温到780~800℃，保温5~7小时后以≤20℃/h冷却至710~730℃，保温2~4小时，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉；

4)盘卷润滑处理

对盘卷进行硫酸酸洗、冲洗、上皮膜剂、冲洗、表面润滑处理、吹干处理后进行防锈包装；盘卷冷拔材产品交货状态：无氧化，脱碳深度不大于公称直径的1.0%mm；组织为：球状化珠光体2-4级；硬度不大于190HBW；同时，材料表面无裂纹，要有润滑保护层。

进一步，硫酸酸液的成分控制：硫酸质量百分浓度为10~20%，硫酸亚铁含量不大于55g/L；酸液温度60~85℃，硫酸酸洗时间3~8分钟。

又，皮膜剂溶液控制：总酸度TA：35~42，游离酸度FA：5.5~7.0；皮膜剂浸渍温度70~85℃，浸渍时间5~10min。

表面润滑处理的润滑剂溶液的控制：质量百分浓度5~7%，溶液PH值为8~9；润滑剂温度85~95℃，浸渍时间4~5分钟。

另外，本发明步骤2）收卷弯曲后的盘卷外径1000~1150mm，内径850~1000mm，挠度小于3mm。

在本发明GCr15盘卷冷拔材的制造方法中：

球状化退火，经过热轧的盘卷必须要进行球状化退火处理，以达到冷拔所需的组织要求，将热轧的盘卷进行球状化退火，获得均匀的球状珠光体组织组，恢复塑性，便于后续冷拔生产。

冷拉成品盘卷，将球状化退火后的盘卷，通过在线抛丸处理，在拉拔机上，采取一定的变形量拉拔成品，生产成圆形的盘卷；单道次拉拔压缩率不大于46%，可以确保拉拔顺利和拉拔过程中不发生拉毛、断裂，同时确保收卷时卷形的整齐。

高温软化退火处理，恢复原有的塑性，降低成品硬度，硬度必须不大于190HBW，满足后续冷挤压的需要。

由于GCr15钢种采用一定的变形量工艺冷拉后，钢材在获得均匀的尺寸公差与表面质量同时，产生加工硬化现象，因此，冷拉后的盘卷采取高温软化退火处理，以消除冷拔应力，尽可能降低硬度，恢复塑性，达到冷挤压金属结构件生产要求。退火后钢材无氧化脱碳；组织为：均匀珠光体组织；硬度不大于190HBW的要求。

盘卷润滑处理，表面酸洗除去氧化残留物后润滑处理达到冷挤压生产的表面润滑要求，确保挤压过程中的润滑与脱模顺利。硫酸酸洗目的去除退火处理后，表面存在着氧化色及润滑剂燃烧后的残留物，清洁钢材表面。

连续冷挤压金属结构件过程中变形量大，承受的变形抗力大，产生的变形热大；必须尽可能减小冷挤压金属结构件过程中的摩擦系数，防止冷挤压时的轴承金属结构件材料与冷挤压模具间的直接接触，防止材料与冷挤压模具间的粘结。盘卷润滑处理是确保挤压金属结构件顺利进行的最终关键，由于GCr15钢种退火处理后，表面存在着氧化色及冷拔时润滑剂燃烧后的残留物，这些物质对冷挤压金属结构件的生产是致命的，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，冷挤压金属结构件前表面润滑处理，即先进行酸洗来去除退火后的氧化色及润滑剂燃烧后的残留物，再进行润滑处理。

本发明的有益技术效果：

1、通过采取球状化退火、冷拉成品盘卷、高温软化退火、盘卷润滑处理等四部分的生产方式生产的成品，解决了冷挤压金属结构件生产中的“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”生产现象，提高了材料在冷挤压的成材率，满足了GCr15冷挤压金属结构件过程中生产要求。

2、通过冷加工工艺的实施，使GCr15盘卷钢材达到了高效生产，替代传统金属结构件采用切削、热锻成型的生产工艺，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金属结构件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金属结构件用户的使用要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

冷挤压金属结构件(如轴套套圈)用GCr15盘卷的冷拔材生产。

GCr15钢的化学成分

元素	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo	O	Ti
										含量wt％	1.0	0.32	0.007	0.002	0.23	1.47	0.03	0.0009	0.0012

冷拔生产工艺流程：球状化退火→冷拉成品盘卷→高温软化退火→盘卷润滑处理。

GCr15冷加工生产工艺：

1)Φ13.0球状化退火，装炉量11.5吨，随炉升温到780~790℃，保温6小时，≤20℃随炉控冷700~710℃，保温3小时后，控冷至160°C出炉；

2)冷拉成品盘卷Φ11.5mm，速度50m/min，公差控制在-0.04mm；

3)高温软化退火，装炉量11.5吨，随炉升温到790~800℃，保温7小时后以≤20℃/h冷却至720~730℃，保温4小时，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉；

4)盘卷润滑预处理，硫酸质量百分浓度为15%，硫酸亚铁含量8g/L，温度控制60℃，浸渍4分钟；冲洗；皮膜剂总酸度（TA）：39，游离酸度（FA）：5.8，温度：75℃，浸渍时间10min后冲洗；润滑剂浓度6%，温度控制在80~85℃，浸渍时间5~6分钟，风干。GCr15冷拔生产工艺加工后的性能：硬度为：HRB 180-185；脱碳<0.03；球化组织：3.0级；均符合标准要求。

实施例2

冷挤压金属结构件(如轴套套圈)用GCr15盘卷的冷拔材生产。

GCr15钢材的主要化学成分

元素	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo	O	Ti
										含量wt％	1.02	0.34	0.007	0.001	0.22	1.40	0.04	0.0008	0.001

GCr15冷加工生产工艺：

1)Φ14球状化退火，装炉量11.2吨，随炉升温到780~790℃，保温7小时，≤200C随炉控冷700~710℃，保温2小时后，控冷至1600C出炉；

2)冷拉成品盘卷Φ12.5mm，冷拉速度45m/min，公差控制在-0.04mm；

3)高温软化退火，装炉量11.2吨，随炉升温到790~800℃，保温7小时后以≤20℃/h冷却至720~730℃，保温4小时，带冷却罩冷却到130℃或以下温度出炉；

4)盘卷润滑预处理（硫酸浓度为14%，硫酸亚铁含量9g/L，温度控制65℃，浸渍5分钟；冲洗；皮膜剂总酸度（TA）：38，游离酸度（FA）：5.5，温度：80℃，浸渍时间12min后冲洗；润滑剂液浓度7%，温度控制在85~90℃，浸渍时间6分钟，最后风干。

GCr15冷拔生产工艺加工后的性能：硬度：HRB 180-189；脱碳<0.03；球化组织：3.0级；均符合标准要求。

本发明的冷挤压金属结构件用GCr15盘卷冷拔材产品，交货要求：无氧化，脱碳深度不大于公称直径的1.0%mm；组织为：球状化珠光体2-4级；硬度不大于190HBW；同时，材料表面无裂纹，要有润滑保护层。

Claims

1.用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，包括如下步骤：

1)球状化退火

GCr15热轧盘卷在强对流氮氢保护气氛罩式炉进行退火，保护气类型：N₂露点≤-60℃；氮氢保护气露点≤-60℃；含氧量≤5ppm；

GCr15热轧盘卷随炉升温到780~800℃，保温5~7小时后以≤20℃/h冷却至710~730℃，保温2~4小时，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉；

2)冷拔盘卷处理

3)高温软化退火处理

4)盘卷润滑处理

2.如权利要求1所述的用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，其特征是，硫酸酸液的浓度控制：硫酸质量百分浓度为10~20%，硫酸亚铁含量不大于55g/L；酸液温度60~85℃，硫酸酸洗时间3~8分钟。

3.如权利要求1所述的用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，其特征是，皮膜剂溶液控制：总酸度TA：35~42；游离酸度FA：5.5~7.0；皮膜剂浸渍温度70~85℃，浸渍时间5~10min。

4.如权利要求1所述的用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，其特征是，表面润滑处理的润滑剂溶液的控制：质量百分浓度5~7%，溶液PH值为8~9；润滑剂温度85~95℃，浸渍时间4~5分钟。

5.如权利要求1所述的用于冷挤压金属结构件的GCr15盘卷冷拔材的制造方法，其特征是，步骤2）收卷弯曲后的盘卷外径1000~1150mm，内径850~1000mm，挠度小于3mm。