CN104651748A - 一种低温环境下设备用紧固件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种低温环境下设备用紧固件的制造方法，该紧固件的各成分以及质量百分比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe。本发明采用计算机对整个紧固件的制造进行全程监控，从而可得到配比精确度极高的合金钢生产耐低温性极强的紧固件，并去除一些不必要的检测程序，并可对部分程序进行改进，从而可简化生产流程，提高生产效率。

Description

一种低温环境下设备用紧固件及其制造方法
技术领域
本发明涉及紧固件加工领域，特别涉及一种高强度耐磨紧固件及其制造方法。
背景技术
随着科技在不同领域的不断进步，越来越多的未开发领域需要人进入，对于这些特殊环境，对设备零件的性能要求极高，紧固件的主要目的是用来连接各种部件，在设备的连接中起着非常重要的目的，因此其耐磨性和强度对设备的使用寿命有着非常非常大的影响，提高紧固件耐磨性和强度主要可通过对工艺进行改进，对紧固件材料配方进行改进，以及对紧固件原料进行精确配比来实现，传统的紧固件生产工艺为了保证各步骤工艺生产精度虽然通过感应器进行及时检测，但是往往没有统一管理，因此无法对工艺进行改进，随着生产技术的不断发展，现在已经可以通过电脑对整个生产过程进行全程监控。
发明内容
根据以上情况，本发明提供一种高强度耐磨紧固件及其制造方法，利用电脑对高强度耐磨紧固件的制造进行全程监控，因此可去除一些不必要的检测程序提高生产率，并可对部分重要步骤中所得数据进行及时反馈调整，并进行极值监控，从而可得到配比精确度极高的性能极其优秀的紧固件生产原料，从而能最大限度的提高紧固件的强度及耐磨性能，为达此目的，本发明提供如下技术方案：
一种低温环境下设备用紧固件，其特征在于：紧固件的各成分以及质量百分比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe。
在该成分设计中，C可以提高冲击韧性，但含碳量过高也容易造成缺陷，故C的质量百分比选择在0.1-0.2%。Mn可以提高珠光体含量，进而提高抗拉强度，但当含量过高时容易产生偏析，显著提高韧脆转变温度，降低合金的塑性以及韧性，因此将Mn的质量百分比控制在1.5-2%。Si在贝氏体转变过程中具有强烈抑制碳化物析出的特点，并稳定和细化奥氏体，增加C、Mn的偏聚，提高合金的淬透性，可充分提高紧固件的淬透性以及抗冲击韧性。Ni和B均为强增加淬透性元素，可充分提高紧固件淬透性以及抗冲击韧性。少量的Nb可使合金的晶粒细化，降低合金的过热敏感性以及回火脆性，提高强度和抗蚀性。微量B可极大提高高合金的淬透性，每1份质量的B相当于300份质量的Mo。微量的V可以赋予钢一些特殊机能，如提高抗张强度和屈服点。加入适量的Ti和Co可以明显降低合金的脆性。因此上述成分可用以低温环境下设备用紧固件的制造。
具体制造步骤如下：
（1）对配料进行取样，通过光谱分析仪得到取样配料中的元素种类，通过密度检测仪得到取样配料的密度，将所得数据经电脑进行比对行分析，得到样品各元素配比精度，各元素配比精确度误差为±0.05%；
（2）根据所得配比增加相应的辅料，保证整个生产中原料各金属含量的配比达到所需标准配比的要求，所述标准配比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe；
（3）将用于制造紧固件的原料进行熔炼，熔炼设备中设置温度感觉器，对熔炼温度进行实时监控，通过电脑控制保证温度为1550±0.5℃；
（4）进行造渣与电炉底吹，采用造渣剂进行造渣，通过置于炉底的喷嘴将底吹气体吹入炉内熔池，将喷嘴每平方米风速由计算机控制在0.5±0.05m3/s，再搅拌钢水进行初炼；
（5）炉外精炼：将初炼完成的钢水在真空或含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧、脱硫处理，去除钢水内的夹杂物，经检测保证钢水中杂质的含量配比低于的各杂质元素配比，保证钢水中各杂质的含量配比精确度误差为±0.05%；
（6）进行浇注处理：将钢水升温到所需温度，通过电脑控制保证温度为1420-1520℃，再进行出炉，出炉后镇静，保证镇静时间在2-3分钟后温度达1400-1500℃，将该温度的合金钢钢水浇注于模具中，浇注成所需形状的待加工紧固件材料；
（7）对浇注成所需形状的待加工紧固件材料进行热处理，通过电脑控制材料按不高于65℃/h的速度在电炉中进行升温至820-920℃，保温5小时，炉冷至室温；再通过电脑控制材料按不高于85℃/h的速度升温至780-870℃，保温4小时；出炉后通过电脑控制在55-75℃的水中淬火至250-300℃；在电炉中通过电脑控制升温至300-350℃，进行低温回火处理，保温5小时，出炉空冷；
（8）进行退火处理：通过电脑控制将待加工紧固件加热到900-950℃，保温4-5小时，之后通过电脑控制以45℃/h的速度冷却到600-650℃，出炉进行空冷；
（9）进行热冲压处理：将待加工紧固件材料按所需尺寸进行热冲压；
（10）除油除水并干燥：采用碱液进行脱脂，脱脂后晾干，进行清洗沥水；
（11）表面处理：在紧固件表面进行镀膜；
（12）保温烘干：通过电脑控制将紧固件放入60-70℃的容器内进行烘干，并保温1小时。
步骤（4）中的造渣剂为低碳埋弧造渣剂，成分为：CaO：68-72%，SiO2：5-10%，MgO：1-3%， Al2O3：7-14%，Al：4-5%，S<0.01%；所述底吹气体为Ar。
采用低碳埋弧造渣剂进行造渣能够生成足够流动性和碱度的熔渣，以便把S与P降低到设计值的上限以下，并且可以使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。通过置于炉底的喷嘴将Ar吹入炉内熔池，可以时合金加速熔化，缩短冶炼时间，降低能耗，提高金属和合金的收得率，改善合金质量，降低成本，提高生产率。
步骤（10）中的碱脱脂的具体方法为：将紧固件浸泡在40-70℃碱溶液中，直到紧固件表面颜色保持一致并且不再产生气泡。
采用将紧固件浸泡在碱液中进行脱脂最为方便快捷。
步骤（11）中选取的镀膜材料为聚偏二氟乙烯。
采用聚偏二氟乙烯进行镀膜，具有优良的耐磨性、柔韧性以及耐冲击强度，大大降低了由于温度下降导致脆性提高带来的负面影响。
本发明为一种低温环境下设备用紧固件的制造方法，该方法采用计算机对整个低温环境下设备用紧固件的制造进行全程监控，从而可得到配比精确度极高的合金钢生产紧固件，并去除一些不必要的检测程序，并可对部分程序进行改进，从而可简化生产流程，提高生产效率，此外本发明在各个步骤中均增加各种不同感应器对各步骤中不同数据进行及时收集，进而可对部分重要步骤中所得数据进行及时反馈收集再根据整个制造过程进行及时调整，并可对部分重要数据进行极值监控，从而得到的紧固件强度及耐低温性极高。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种低温环境下设备用紧固件，紧固件的各成分以及质量百分比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe。
具体步骤如下：
（1）对配料进行取样，通过光谱分析仪得到取样配料中的元素种类，通过密度检测仪得到取样配料的密度，将所得数据经电脑进行比对行分析，得到样品各元素配比精度，各元素配比精确度误差为±0.05%；
（2）根据所得配比增加相应的辅料，保证整个生产中原料各金属含量的配比达到所需标准配比的要求，所述标准配比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe；
（3）将用于制造紧固件的原料进行熔炼，熔炼设备中设置温度感觉器，对熔炼温度进行实时监控，通过电脑控制保证温度为1550±0.5℃；
（4）进行造渣与电炉底吹，采用造渣剂进行造渣，通过置于炉底的喷嘴将底吹气体吹入炉内熔池，将喷嘴每平方米风速由计算机控制在0.5±0.05m3/s，再搅拌钢水进行初炼；造渣剂为低碳埋弧造渣剂，成分为：CaO：68-72%，SiO2：5-10%，MgO：1-3%， Al2O3：7-14%，Al：4-5%，S<0.01%；所述底吹气体为Ar；
（5）炉外精炼：将初炼完成的钢水在真空或含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧、脱硫处理，去除钢水内的夹杂物，经检测保证钢水中杂质的含量配比低于的各杂质元素配比，保证钢水中各杂质的含量配比精确度误差为±0.05%；
（6）进行浇注处理：将钢水升温到所需温度，通过电脑控制保证温度为1420-1520℃，再进行出炉，出炉后镇静，保证镇静时间在2-3分钟后温度达1400-1500℃，将该温度的合金钢钢水浇注于模具中，浇注成所需形状的待加工紧固件材料；
（7）对浇注成所需形状的待加工紧固件材料进行热处理，通过电脑控制材料按不高于65℃/h的速度在电炉中进行升温至820-920℃，保温5小时，炉冷至室温；再通过电脑控制材料按不高于85℃/h的速度升温至780-870℃，保温4小时；出炉后通过电脑控制在55-75℃的水中淬火至250-300℃；在电炉中通过电脑控制升温至300-350℃，进行低温回火处理，保温5小时，出炉空冷；
（8）进行退火处理：通过电脑控制将待加工紧固件加热到900-950℃，保温4-5小时，之后通过电脑控制以45℃/h的速度冷却到600-650℃，出炉进行空冷；
（9）进行热冲压处理：将待加工紧固件材料按所需尺寸进行热冲压；
（10）除油除水并干燥：采用碱液进行脱脂，脱脂后晾干，进行清洗沥水；碱脱脂的具体方法为：将紧固件浸泡在40-70℃碱溶液中，直到紧固件表面颜色保持一致并且不再产生气泡；
（11）表面处理：在紧固件表面进行镀膜；选取的镀膜材料为聚偏二氟乙烯；
（12）保温烘干：通过电脑控制将紧固件放入60-70℃的容器内进行烘干，并保温1小时。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种低温环境下设备用紧固件，其特征在于：紧固件的各成分以及质量百分比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的紧固件的制造方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）对配料进行取样，通过光谱分析仪得到取样配料中的元素种类，通过密度检测仪得到取样配料的密度，将所得数据经电脑进行比对行分析，得到样品各元素配比精度，各元素配比精确度误差为±0.05%；
（2）根据所得配比增加相应的辅料，保证整个生产中原料各金属含量的配比达到所需标准配比的要求，所述标准配比为：C：0.1-0.2%，Si：2.5-3%，Mn：1.5-2%，Nb：0.2%，Ti：0.15-0.2%，Co：0.2-0.25%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.1-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.2-1.8%，B：0.005-0.008%，V：0.05-0.1%，Sn：0.015-0.025%，S≤0.025%，P≤0.03%，其余为Fe；
（3）将用于制造紧固件的原料进行熔炼，熔炼设备中设置温度感觉器，对熔炼温度进行实时监控，通过电脑控制保证温度为1550±0.5℃；
（4）进行造渣与电炉底吹，采用造渣剂进行造渣，通过置于炉底的喷嘴将底吹气体吹入炉内熔池，将喷嘴每平方米风速由计算机控制在0.5±0.05m3/s，再搅拌钢水进行初炼；
（5）炉外精炼：将初炼完成的钢水在真空或含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧、脱硫处理，去除钢水内的夹杂物，经检测保证钢水中杂质的含量配比低于的各杂质元素配比，保证钢水中各杂质的含量配比精确度误差为±0.05%；
（6）进行浇注处理：将钢水升温到所需温度，通过电脑控制保证温度为1420-1520℃，再进行出炉，出炉后镇静，保证镇静时间在2-3分钟后温度达1400-1500℃，将该温度的合金钢钢水浇注于模具中，浇注成所需形状的待加工紧固件材料；
（7）对浇注成所需形状的待加工紧固件材料进行热处理，通过电脑控制材料按不高于65℃/h的速度在电炉中进行升温至820-920℃，保温5小时，炉冷至室温；再通过电脑控制材料按不高于85℃/h的速度升温至780-870℃，保温4小时；出炉后通过电脑控制在55-75℃的水中淬火至250-300℃；在电炉中通过电脑控制升温至300-350℃，进行低温回火处理，保温5小时，出炉空冷；
（8）进行退火处理：通过电脑控制将待加工紧固件加热到900-950℃，保温4-5小时，之后通过电脑控制以45℃/h的速度冷却到600-650℃，出炉进行空冷；
（9）进行热冲压处理：将待加工紧固件材料按所需尺寸进行热冲压；
（10）除油除水并干燥：采用碱液进行脱脂，脱脂后晾干，进行清洗沥水；
（11）表面处理：在紧固件表面进行镀膜；
（12）保温烘干：通过电脑控制将紧固件放入60-70℃的容器内进行烘干，并保温1小时。
3.根据权利要求2所述的一种低温环境下设备用紧固件的制造方法，其特征在于：所述步骤（4）中的造渣剂为低碳埋弧造渣剂，成分为：CaO：68-72%，SiO2：5-10%，MgO：1-3%， Al2O3：7-14%，Al：4-5%，S<0.01%；所述底吹气体为Ar。
4.根据权利要求2所述的一种低温环境下设备用紧固件的制造方法，其特征在于：所述步骤（10）中的碱脱脂的具体方法为：将紧固件浸泡在40-70℃碱溶液中，直到紧固件表面颜色保持一致并且不再产生气泡。
5.根据权利要求2所述的一种低温环境下设备用紧固件的制造方法，其特征在于：所述步骤（11）中选取的镀膜材料为聚偏二氟乙烯。
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