CN105734415A - 一种具有高扭转性能的精制线材及其制备方法和用途 - Google Patents

一种具有高扭转性能的精制线材及其制备方法和用途 Download PDF

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田新中
张治广
崔娟
陈继林
孟军学
李文奇
翟进坡
王利军
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Abstract

本发明公开了一种具有高扭转性能的精制线材及其制备方法和用途，所述精制线材化学成分质量百分比如下：C≤0.06%，Si≤0.10%，Mn：0.20～0.40%，S≤0.03%，P≤0.03%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。具体生产工艺为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；经受第一系列干法粗拉工序减径，经过中间热处理后，进行二次表面处理，然后经受第二系列干法精拉工序，得到所述线材。本发明产品抗拉强度为360～385MPa，断后伸长率≥25%，断后截面收缩率≥75%，适用于生产具有苛刻扭转性能要求的中强度扭力杆产品；整套生产工艺不增加工序成本，通过调整粗拉及精拉变形及中间热处理工艺等参数，充分利用现有装备，实现扭力杆扭转性能提升。

Description

一种具有高扭转性能的精制线材及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种具有高扭转性能的精制线材及其制备方法和用途。
背景技术
作为高附加值产品，汽车安全带扭力杆目前市场需量约2000万件/年。伴随中国汽车市场飞速发展及购车人对汽车安全系统重视程度不断增加，其市场会更大。目前该产品多依赖进口，因此充分发挥邢钢在线材深加工领域技术及装备优势，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意义重大。
扭力杆对扭转性能要求苛刻。完整的扭转性能测试包括静态扭转和动态扭转测试。静态扭转指标包含扭矩和圈数，动态扭转包含冲击扭转(转速1000r/min)和高速扭转(转速3000～5000r/min)。其中，冲击扭转指标为Lmax/Lmin≤1.5(注：Lmax和Lmin为最大螺距及最小螺距)，高速扭转指标为(注：和S为扭转圈数均值及标准差)。动态扭转需在-40℃进行，低温高速扭转是针对扭力杆迄今最严苛的扭转检测项目。低温高速变形，位错滑移受限致使塑性变差。因此，通过工艺优化提高材料塑性，提升扭转性能至关重要。
拉拔可显著影响基体应力应变场及位错分布，是精线制备工序关键环节。传统拉拔多存在变形过大或道次设置不合理等产生较高的加工硬化。因此，合理设计拉拔变形参数极为重要。精线制备过程须经中间热处理，即再结晶退火，其在改善材料内部位错塞积，增加塑性的同时，可精确调控晶粒状态，获得所需组织类型。鉴于此，通过优化精制线材制备工艺提升扭力杆扭转性能十分必要。
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。
发明内容
本发明针对高端汽车安全带中强度扭力杆扭转性能要求，提供一种具有高扭转性能的精制线材及其制备方法和用途。通过拉拔及中间热处理工艺优化提升扭转性能指标，旨在不增加工序成本，充分利用现有装备，合理设计粗拉及精拉变形、粗拉各道次变形配置及中间热处理工艺参数等，实现扭力杆扭转性能提升。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种具有高扭转性能的中强度扭力杆用精制线材，其特征在于，所述精制线材化学成分质量百分比如下：C≤0.06%，Si≤0.10%，Mn：0.20～0.40%，S≤0.03%，P≤0.03%，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360～385MPa，断后伸长率≥25%，断后截面收缩率≥75%。
一种具有高扭转性能的精制线材的制备方法，所述生产方法的具体工艺如下：
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40～50%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14～20%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：将钢材加热至670～700℃，并在该温度区间保温6～8h，之后缓冷，温度降至350～500℃范围内将钢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50～60%，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。
本发明还提供一种具有高扭转性能的精制线材用于制备扭力杆的用途，尤其适用于生产具有苛刻扭转性能要求的中强度扭力杆产品。
本发明所述的减面率计算方法为：减面率=[(拉拔前截面积-拉拔后截面积)/拉拔前截面积]*100%。
本发明设计思路：粗拉道次及道次变形不同，致使位错缠结阻力及应变场阻力等发生变化，使位错运动所受阻力产生差异，使材料强度及塑性表现出一定差异性。第一系列干法粗拉工序由两道次完成变形，首道次须经受粗拉总变形50～60%，二道次须完成剩余粗拉变形。采用该变形比可减轻位错于晶界过度塞积，显著削弱晶内高密度位错墙及亚晶，提升塑性。粗拉变形以应变储能方式为中间热处理工序提供驱动力。本发明采用40～50%粗拉总减面率，通过精确调控热处理温度及时间并辅以合适的出炉温度，可得到具有合适晶粒度和较高均匀度的等轴晶，位错塞积及基体残余应力得以充分消除，且保证了必要的强度，有效保证了扭力杆件严苛的扭转性能指标要求。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明最终产品是具有高扭转性能的高塑性中强度精制线材，其抗拉强度360～385MPa，断后伸长率≥25%，断后截面收缩率≥75%。适用于生产具有苛刻扭转性能要求的中强度扭力杆产品。本发明整套生产工艺不增加工序成本，通过调整粗拉及精拉变形及中间热处理工艺等参数，充分利用现有装备，实现扭力杆扭转性能提升。
附图说明
图1为精制线材生产过程中经中间热处理后的显微组织图。
具体实施方式
下面结合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：0.04%、Si：0.10%、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Φ14mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理后进行粗拉。粗拉阶段由Φ14mm拉拔减径至Φ10.05mm，粗拉总减面率48.5%。变形经由两道次完成，首道次由Φ14mm拉拔至Φ12mm，二道次由Φ12mm拉拔至Φ10.05mm，首道次变形占粗拉总变形55%。中间热处理温度为700℃，保温时间为7.5h，出炉温度为450℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ10.05mm拉拔至Φ9.15mm，精拉减面率为17.1%。
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，静态扭转扭矩为58.6Nm(要求：59±8Nm)，扭转圈数为10.6(要求：≥6)，冲击扭转Lmax/Lmin=1.032，高速扭转，各项扭转指标合格，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：0.03%、Si：0.05%、Mn：0.32%、P：0.015%、S：0.030%，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、磷化及皂化处理后进行粗拉。粗拉阶段由Φ14mm拉拔减径至Φ10.4mm，粗拉总减面率44.8%。变形经由两道次完成，首道次由Φ14mm拉拔至Φ12.33mm，二道次由Φ12.33mm拉拔至Φ10.4mm，首道次变形占粗拉总变形50%。中间热处理温度为670℃，保温时间为8h，出炉温度为350℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ10.4mm拉拔至Φ9.6mm，精拉减面率为14.8%。
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，静态扭转扭矩为71.2Nm(要求：70±8Nm)，扭转圈数为10.5(要求：≥5.5)，冲击扭转Lmax/Lmin=1.108，高速扭转，各项扭转指标合格，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：0.06%、Si：0.04%、Mn：0.20%、P：0.03%、S：0.018%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。盘条直径为Φ18mm。
盘条经酸洗、磷化及皂化处理后进行粗拉。粗拉阶段由Φ18mm拉拔减径至Φ12.82mm，粗拉总减面率49.3%。变形经由两道次完成，首道次由Φ18mm拉拔至Φ15.3mm，二道次由Φ15.3mm拉拔至Φ12.82mm，首道次变形占粗拉总变形56.3%。中间热处理温度为700℃，保温时间为6h，出炉温度为500℃。退火态材料经酸洗磷化及皂化后由Φ12.82mm拉拔至Φ11.6mm，精拉减面率为18.1%。
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，静态扭转扭矩为110.8Nm(要求：112±8Nm)，扭转圈数为8.3(要求：≥5.5)，冲击扭转Lmax/Lmin=1.115，高速扭转，各项扭转指标合格，扭转性能良好。
本发明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，保证了扭力杆产品极佳的扭转性能。
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)

1.一种具有高扭转性能的精制线材，其特征在于，所述精制线材化学成分质量百分比如下：C≤0.06%，Si≤0.10%，Mn：0.20～0.40%，S≤0.03%，P≤0.03%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具有高扭转性能的精制线材，其特征在于，所述线材抗拉强度为360～385MPa，断后伸长率≥25%，断后截面收缩率≥75%。
3.基于权利要求1或2所述的一种具有高扭转性能的精制线材的制备方法，其特征在于，具体方法如下：
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40～50%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14～20%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：将钢材加热至670～700℃，并在该温度区间保温6～8h，之后缓冷，温度降至350～500℃范围内将钢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50～60%，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具有苛刻扭转性能要求的中强度扭力杆产品。
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