CN105648318A - 一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材及其生产方法和用途 - Google Patents

一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材及其生产方法和用途 Download PDF

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刘超
田新中
张治广
崔娟
陈继林
孟军学
李文奇
翟进坡
冯忠贤
王宁涛
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Abstract

本发明公开了一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材及其生产方法和用途，所述精制线材由如下质量百分比的化学成分组成：C≤0.06%，Si≤0.10%、Mn：0.20～0.40%、P≤0.030%、S≤0.030%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。生产方法为将完成一次表面处理的盘条经第一系列干法粗拉工序减径，中间热处理后，完成二次表面处理，经受第二系列干法精拉工序，得到所述线材。本发明获得的精制线材具有典型的低强度和高塑性特征，其实际抗拉强度为300～325MPa，具有40～45%的断后伸长率以及不低于80%的断后截面收缩率。本发明生产工艺不增加生产成本，通过拉拔变形及各道次变形配置进行优化，保证了扭力杆产品极佳的低温高速扭转性能。

Description

一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材及其生产方法和用途
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材及其生产方法和用途。
背景技术
近年来，伴随中国汽车市场飞速发展及购车人对安全系统重视程度不断增加，汽车安全系统零部件的市场会越来越大。扭力杆属于高附加值产品，目前市场需求量约2000万件/年，并呈进一步扩大的趋势，但目前该产品主要依赖进口，因此，充分发挥邢钢在线材深加工领域的技术和装备优势，将扭力杆打造成拳头产品，对提升竞争力，树立高端汽车市场品牌新形象有重要意义。
扭力杆对扭转性能要求较高，而低温(-40℃)高速(3000～5000r/min)扭转则是针对扭力杆迄今最为严苛的扭转性能检测项目，其具体检测指标为(注：和S为扭转圈数均值及标准差)。低温高速变形，位错滑移受限，塑性变差。因此，通过工艺优化提高材料塑性，提升扭转性能至关重要。
拉拔是线材精制工序关键一环，可显著影响材料内部应力应变场及位错分布状态。传统拉拔方式多由于变形过大或道次设置不合理等致使加工硬化严重。因此，拉拔变形参数设计至关重要。线材精制过程须经受中间热处理，即再结晶退火。其完整过程包括再结晶形核及晶粒长大两阶段，通过中间热处理，可改善材料内部位错塞积，增加塑性，而精线产品塑性水平很大程度决定了扭力杆扭转性能，尤其是低温高速扭转性能。鉴于此，通过优化精制线材制备工艺提升最终扭力杆产品低温高速扭转性能十分必要。
专利号为201210337531.0公开了针对“圆珠笔头用易切削不锈钢丝的制造方法”，所述钢种与本专利不同，且主要采用三次拉拔及两次在线光亮退火工艺，目的是保证钢丝表面质量及力学性能。其工艺思路与本专利不同，且未涉及扭转变形；专利号为201210337632.8公开了“眼镜框用不锈钢丝的制造方法”，针对不锈钢，采用三次拉拔和三次在线光亮退火，目的是保证钢丝外观及力学性能，其工艺思路与本专利不同，且未涉及扭转变形；专利号为03112006.7和专利号为03121741.9分别公开了“一种超细精钢的生产工艺”，且分别采用贝氏体或以贝氏体为机体的钢以及采用马氏体或以马氏体为机体的钢，且工艺路线与本专利不同。
针对扭力杆低温高速扭转性能特殊要求，如何在无工序成本增加的前提下经工艺优化，尤其是拉拔及中间热处理工艺参数优化，保证扭力杆低温高速扭转性能，已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明目的是针对高端汽车安全带扭力杆特殊性能要求，提供一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材及其生产方法和用途，通过拉拔和中间热处理工艺优化提高扭力杆低温高速扭转性能，采用合理设计粗拉及精拉变形、粗拉各道次变形配置以及中间热处理参数等工艺调整，实现扭力杆产品低温高速扭转性能提升。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材，所述精制线材由如下质量百分比的化学成分组成：C≤0.06%，Si≤0.10%，Mn：0.20～0.40%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
本发明所述线材抗拉强度为300～325MPa，断后伸长率≥40%，断后截面收缩率≥75%。
本发明提供一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材的生产方法，具体生产方法如下：
1）将盘条酸洗去除表面氧化物，然后盘条置于清水中清洗并干燥，之后对盘条表面作磷化及皂化处理并干燥；
2）完成一次表面处理的盘条需经受第一系列干法粗拉工序减径，粗拉工序盘条需经受30～40%的减面率，由两道次完成；
3）粗拉后的盘条经过中间热处理后，进行酸洗去除表面氧化物，于清水中洗净干燥，对线材表面作磷化及皂化处理并干燥；
4）完成二次表面处理的盘条钢材需经受第二系列干法精拉工序，得到所述线材，在精拉工序线材需经受3～6%的减面率。
本发明所述步骤3）的中间热处理即再结晶退火工序参数如下：将线材加热至670～700℃，并在该温度区间保温4～6h，接着开始缓冷过程，直至温度降低至350～450℃范围内将线材由炉中取出，空冷至室温。
本发明所述步骤1）及步骤3）中的酸洗选用H2SO4或HCl溶液。
本发明所述步骤2）中的粗拉工序首道次需完成粗拉总变形60～80%，第二道次完成剩余粗拉变形至设定的中间直径。
本发明所述步骤4）中精拉工序线材由单一道次变形完成。
本发明还提供一种基于上述的一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材用于制备扭力杆的用途，尤其适用于生产生产低温高速扭转性能≥2.5的低强度扭力杆产品。
本发明中的减面率计算方法如下：减面率=[(拉拔前截面积-拉拔后截面积)/拉拔前截面积]*100%
本发明中低温高速扭转性能的检测方法如下：采用高速扭转试验机，进行低温－40℃条件下，转速为(3000～5000r/min)的扭转试验，产品检验数量为10个，检测指标为值(注：和S分别为扭转圈数均值及标准差)，要求≥2.5。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明获得的精制线材具有典型的低强度和高塑性特征，其实际抗拉强度为300～325MPa，具有40～45%的断后伸长率以及不低于80%的断后截面收缩率。位错塞积程度较低，塑性较优。经冷成型工序制成扭力杆产品后，具有极佳的低温高速扭转性能。本发明生产工艺无需增加设备和投资，不增加生产成本，充分利用现有装备，针对拉拔及中间热处理工艺，尤其是拉拔变形及各道次变形配置进行优化，保证了低强度扭力杆产品极佳的低温(-40℃)高速(3000-5000r/min)扭转性能。
附图说明
图1为实施例1首道次粗拉后线材晶界及晶内的位错分布形态(粗拉总减面率33.69%，首道次完成粗拉变形75%)；
图2为实施例1第二道次粗拉后线材晶界及晶内的位错分布形态(粗拉总减面率33.69%，首道次完成粗拉变形75%，第二道次完成剩余粗拉变形)。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
实施例中采用的盘条，其成分按照重量百分比为：C：0.05%，Si：0.06%，Mn：0.30%，P：0.020%，S：0.020%，余量为Fe和其他不可避免的杂质，盘条直径为Φ14mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理，之后进行粗拉工序。粗拉阶段由Φ14mm拉拔至Φ11.4mm，粗拉总减面率33.69%。变形由两道次完成，一道次由Φ14mm拉拔至Φ12.1mm，二道次由Φ12.1mm拉拔至Φ11.4mm，首道次变形占粗拉总变形75%。中间热处理温度为670℃，保温时间为4h，出炉温度为400℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ11.4mm拉拔至Φ11.1mm，精拉减面率为5.19%。
精制线材经原料矫直-冷镦成型-研磨-电镀等工序制成扭力杆产品，低温高速扭转性能，扭转性能良好。
实施例2
实施例中采用的盘条，其成分按照重量百分比为：C：0.06%，Si：0.07%，Mn：0.40%，P：0.020%，S：0.020%，余量为Fe和其他不可避免的杂质，盘条直径为Φ11mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理，之后进行粗拉工序。粗拉阶段由Φ11mm拉拔至Φ8.99mm，粗拉总减面率33.2%。变形由两道次完成，一道次由Φ11mm拉拔至Φ9.7mm，二道次由Φ9.7mm拉拔至Φ8.99mm，首道次变形占粗拉总变形67%。中间热处理温度为690℃，保温时间为4.5h，出炉温度为350℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ8.99mm拉拔至Φ8.8mm，精拉减面率为4.18%。
精制线材经原料矫直-冷镦成型-研磨-电镀等工序制成扭力杆成品，低温高速扭转性能，扭转性能良好。
实施例3
实施例中采用的盘条，其成分按照重量百分比为：C：0.03%，Si：0.06%，Mn：0.39%，P：0.010%，S：0.030%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。盘条直径为Φ10mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理，之后进行粗拉工序。粗拉阶段由Φ10mm拉拔至Φ8.08mm，粗拉总减面率为34.71%。变形由两道次完成，一道次由Φ10mm拉拔至Φ8.74mm，二道次由Φ8.74mm拉拔至Φ8.08mm，首道次变形占粗拉总变形68%。中间热处理温度为685℃，保温时间为5h，出炉温度为450℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ8.08mm拉拔至Φ7.85mm，精拉减面率为5.62%。
精制线材经原料矫直-冷镦成型-研磨-电镀等工序制成扭力杆成品，低温高速扭转性能，扭转性能良好。
实施例4
实施例中采用的盘条，其成分按照重量百分比为：C：0.06%，Si：0.08%，Mn：0.40%，P：0.020%，S：0.020%，余量为Fe和其他不可避免的杂质，盘条直径为Φ11mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理，之后进行粗拉工序。粗拉阶段由Φ11mm拉拔至Φ8.65mm，粗拉总减面率38.17%。变形由两道次完成，一道次由Φ11mm拉拔至Φ9.42mm，二道次由Φ9.42mm拉拔至Φ8.65mm，首道次变形占粗拉总变形70%。中间热处理温度为700℃，保温时间为6h，出炉温度为450℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ8.65mm拉拔至Φ8.42mm，精拉减面率为5.24%。
精制线材经原料矫直-冷镦成型-研磨-电镀等工序制成扭力杆成品，低温高速扭转性能，扭转性能良好。
实施例5
实施例中采用的盘条，其成分按照重量百分比为：C：0.04%，Si：0.05%，Mn：0.35%，P：0.010%，S：0.020%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。盘条直径为Φ12mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理，之后进行粗拉工序。粗拉阶段由Φ12mm拉拔至Φ9.42mm，粗拉总减面率38.4%。变形由两道次完成，一道次由Φ12mm拉拔至Φ10.2mm，二道次由Φ10.2mm拉拔至Φ9.42mm，首道次变形占粗拉总变形72.3%。中间热处理温度为690℃，保温时间为5h，出炉温度为350℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ9.42mm拉拔至Φ9.15mm，精拉减面率为5.66%。
精制线材经原料矫直-冷镦成型-研磨-电镀等工序制成扭力杆成品，低温高速扭转性能，扭转性能良好。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材，其特征在于，所述精制线材由如下质量百分比的化学成分组成：C≤0.06%，Si≤0.10%，Mn：0.20～0.40%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材，其特征在于，所述线材抗拉强度为300～325MPa，断后伸长率≥40%，断后截面收缩率≥75%。
3.基于权利要求1或2所述的一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材的生产方法，其特征在于，具体生产方法如下：
1）将盘条酸洗去除表面氧化物，然后盘条置于清水中清洗并干燥，之后对盘条表面作磷化及皂化处理并干燥；
2）完成一次表面处理的盘条需经受第一系列干法粗拉工序减径，粗拉工序盘条需经受30～40%的减面率，由两道次完成；
3）粗拉后的盘条经过中间热处理后，进行酸洗去除表面氧化物，于清水中洗净干燥，对线材表面作磷化及皂化处理并干燥；
4）完成二次表面处理的盘条钢材需经受第二系列干法精拉工序，得到所述线材，在精拉工序线材需经受3～6%的减面率。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）的中间热处理即再结晶退火工序参数如下：将线材加热至670～700℃，并在该温度区间保温4～6h，接着开始缓冷过程，直至温度降低至350～450℃范围内将线材由炉中取出，空冷至室温。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）及步骤3）中的酸洗选用H2SO4或HCl溶液。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中的粗拉工序首道次需完成粗拉总变形60～80%，第二道次完成剩余粗拉变形至设定的中间直径。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中精拉工序线材由单一道次变形完成。
8.基于权利要求1或2所述的一种具有高的低温高速扭转性能的精制线材用于制备扭力杆的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述线材适用于生产低温高速扭转性能≥2.5的低强度扭力杆产品。
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