CN105821340A - 一种低自噪声特种钢的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低自噪声特种钢的加工方法，是将原料配比好，进行锻造，热处理，再置于充满水蒸气的容器中，于120～125℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时，再将水蒸气置换为空气，于150～155℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时后，得到；所述配比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍7～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。本发明首先增加了合金材料类别，调整了配比使得成品中含有合理配比的镍、铬、铜、镁、锰等元素，大大增加特种钢材的耐磨及抗腐蚀性能，易加工成型，具备较好的减震性能，自噪声较低；其次在钢材热处理后进行了后续表面处理，增加了钢材表面的耐磨性能，减少磨损，进一步减小了噪音的产生。

Description

一种低自噪声特种钢的加工方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种特种钢的加工方法。
背景技术
在工业生产中，有些化工生产设备中的某些金属部件在使用过程中不仅要经受磨损，同时耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液的腐蚀，因此对钢的要求较为苛刻。
随着汽车、家电和建材等行业对所使用钢板低成本、高耐蚀性的要求进一步提高，各大钢厂及研究机构不断开发出成本低廉、性能优异的新型镀层钢板。锌铝镁镀层钢板以其优异的耐蚀性目前得到国内外大型钢铁厂商及家电、汽车制造商的重视，锌铝镁镀层钢板的品种开发也日趋成熟。目前，韩国浦项、日本新日铁及欧美大型钢铁公司已陆续开发出ZM、Z6A3M、Z10A3M等产品。专利CN101812653A、US6235410B1等开发了含铝、镁的锌基镀层，大大提高了耐蚀性。
镀层的表面硬度是镀层质量及镀层钢板使用效果的重要指标之一。镀层钢板在后期使用中无法避免的要经过运输、搬运、剪裁及加工等过程，而这些过程中经常对镀层表面产生不同程度的划伤，镀层的硬度直接影响着镀层抗划伤的能力，即镀层硬度越高，镀层的抗划伤能力越强。。
然而这样的表面处理方法并不能完全提高钢材的耐蚀性能，一旦表面被划伤，钢材就会被腐蚀。而且这样的表面处理不仅使得过程更加复杂，而且使生产厂商的制造成本提升。
同时在机械传动中，齿轮机构由于具有结构紧凑、传动比稳定、传递功率大、传动效率高、使用寿命长等优点，因而使用十分广泛。齿轮机构的主要缺点是振动和噪声较大。因此，是否有更好的更合适的方法可以解决上述问题，是值得研究的。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种低自噪声特种钢的加工方法。
技术方案：本发明所述的低自噪声特种钢的加工方法是将原料配比好，进行锻造，热处理，再置于充满水蒸气的容器中，于120～125℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时，再将水蒸气置换为空气，于150～155℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时后，得到；所述原料配比按照质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。在钢材热处理后，又进行了后续的表面处理，解决了易生锈的问题，同时增加了钢材表面的耐磨性能，减少磨损，减小了噪音产生的可能。
上述的热处理方法，是将钢材加热至860～880℃保温1～2小时，经过等温退火和一般退火后出炉，再经过两次预热，温度升高至1220～1280℃保持0.5～1小时，然后进行淬火，淬火后立即进行回火，共三次回火。预热后当温度升高到1220～1280℃时，各种合金钢在奥氏体中的溶解度也慢慢增加，但是，时间稍长，会造成晶粒长大，甚至会出现晶界溶化，因此，最优的时间是0.5小时。
所述的等温退火是在冷却至720～750℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉。硬度为207～225HBW，组织为索氏体+碳化物。
所述的两次预热，第一次预热是升温至600～650℃，保温2小时；第二次预热是升温至800～850℃，保持2小时。这样的加热工艺可避免由于热应力而造成的变形和开裂。
所述的淬火介质为白油与钠盐的混合物。所述的钠盐为硝酸钠和亚硝酸钠。淬火介质中的各成分：白油、硝酸钠、亚硝酸钠的配比为10:3:2。淬火后的组织为马氏体+碳化物+残留奥氏体(25～30％)。
所述的回火共进行三次，第一次回火只对淬火马氏体起到回火作用，在回火冷却过程中，发生残留奥氏体的转变，同时产生新的内应力。经第二次回火，没有彻底转变的残留奥氏体继续发生新的转变，又产生新的应力。这就需要第三次回火，本发明的三次回火分别为：第一次为560℃1小时；第二次550℃1.5小时；第三次560℃1小时。三次回火后仍保留1～3％的残留奥氏体。通过上述方法，可以消除淬火应力，减少奥氏体量，稳定组织，达到性能要求。
本发明还公开了该低自噪声特种钢的配比，其成分按照重量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。
我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化物，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损性；但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在本发明中，控制钢材中铬的含量为13～17％(质量百分比)，最优含量为16％。
同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且更为坚韧，有磁性和良好的可塑性，焊接性能也好；在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4％～8％，最优含量为6％。
此外，我们还发现加入微量的铜一方面可以提高钢材耐大气腐蚀的性能，另一方面可以和锰协同作用，使得本特种钢被敲击时发出的声响相对沉闷暗哑，自噪声较低，具有一定的降噪作用，满足了对音噪要求更高的应用需求。
此外，加入少量的镁和锰，在本加工方法中，可使得金属的晶粒变细，且分布均匀，且晶粒间间隔小，易加工成型的同时，较之于普通钢材，其具备较好的减震性能，不易产生噪音，在具备更高的耐磨性和耐高温性的同时，进一步满足了对低自噪声、高舒适性、高安全性的应用需求。
本发明的一个优选方案为：所述低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。
更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在高温下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr23C6，使得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对于本发明来说，铌的含量为0.3～0.8％时，最为合适，优选0.5％。
本发明含铌的一个优选方案为：所述低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，铌0.5％，其余为铁。
有益效果：本发明所述的生产方法可以有效的提高钢材的耐腐蚀性能，首先增加了合金材料类别，调整了各种材料元素的比例成分，使得不锈钢成品中含有合理配比的镍、铬、铜、镁、锰等元素，大大增加特种钢材的耐磨及抗腐蚀性能，易加工成型，具备较好的减震性能，自噪声较低，解决了零件易磨损、噪音大的问题；其次，在钢材热处理后，又进行了后续的表面处理，解决了易生锈的问题，同时增加了钢材表面的耐磨性能，减少磨损，进一步减小了噪音产生的可能。此外，本发明通过特殊的热处理使得钢材的具有较好的力学性能。
具体实施方式：
实施例1
钢材各元素配比为：碳0.01％，铬13％，镍4％，铜0.1％，镁0.4％，锰1％，其余为铁。进行常规的锻造后，将钢材加热至860℃保温1小时，冷却至720℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉，然后第一次预热是升温至600℃，保温2小时；第二次预热是升温至800℃，保持2小时。温度升高至1220℃保持0.5小时，然后进行淬火，淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物(白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3:2)，淬火后立即进行回火，第一次回火为560℃1小时；第二次回火550℃1.5小时；第三次回火560℃1小时，冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120℃、1.2MPa下保持2小时，再将水蒸气置换为空气，于150℃、1.2MPa下保持2小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为222HBW。
实施例2
钢材各元素配比为：碳0.03％，铬17％，镍8％，铜0.12％，镁0.5％，锰1.2％，其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至880℃保温1小时，冷却至750℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉，然后第一次预热是升温至650℃，保温2小时；第二次预热是升温至850℃，保持2小时。温度升高至1280℃保持1小时，然后进行淬火，淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物(白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3:2)，淬火后立即进行回火，第一次回火为560℃1小时；第二次回火550℃1.5小时；第三次回火560℃1小时。冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于125℃、1.5MPa下保持4小时，再将水蒸气置换为空气，于155℃、1.5MPa下保持4小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为226HBW。
实施例3
钢材各元素配比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至870℃保温2小时，冷却至730℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉，然后第一次预热是升温至620℃，保温2小时；第二次预热是升温至820℃，保持2小时。温度升高至1250℃保持1小时，然后进行淬火，淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物(白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3:2)，淬火后立即进行回火，第一次回火为560℃1小时；第二次回火550℃1.5小时；第三次回火560℃1小时。冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120℃、1.4MPa下保持3小时，再将水蒸气置换为空气，于155℃、1.4MPa下保持3小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为227HBW。
实施例4
钢材各元素配比为：碳0.01％，铬13％，镍4％，铜0.1％，镁0.4％，锰1％，铌0.3％，其余为铁。进行常规的锻造后，将钢材加热至860℃保温1小时，冷却至720℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉，然后第一次预热是升温至600℃，保温2小时；第二次预热是升温至800℃，保持2小时。温度升高至1220℃保持0.5小时，然后进行淬火，淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物(白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3:2)，淬火后立即进行回火，第一次回火为560℃1小时；第二次回火550℃1.5小时；第三次回火560℃1小时，冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120℃、1.2MPa下保持2小时，再将水蒸气置换为空气，于150℃、1.2MPa下保持2小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为231HBW。
实施例5
钢材各元素配比为：碳0.03％，铬17％，镍8％，铜0.12％，镁0.5％，锰1.2％，铌0.8％，其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至880℃保温1小时，冷却至750℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉，然后第一次预热是升温至650℃，保温2小时；第二次预热是升温至850℃，保持2小时。温度升高至1280℃保持1小时，然后进行淬火，淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物(白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3:2)，淬火后立即进行回火，第一次回火为560℃1小时；第二次回火550℃1.5小时；第三次回火560℃1小时。冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于125℃、1.5MPa下保持4小时，再将水蒸气置换为空气，于155℃、1.5MPa下保持4小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为230HBW。
实施例6
钢材各元素配比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，铌0.5％，其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至870℃保温2小时，冷却至730℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉，然后第一次预热是升温至620℃，保温2小时；第二次预热是升温至820℃，保持2小时。温度升高至1250℃保持1小时，然后进行淬火，淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物(白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3:2)，淬火后立即进行回火，第一次回火为560℃1小时；第二次回火550℃1.5小时；第三次回火560℃1小时。冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120℃、1.4MPa下保持3小时，再将水蒸气置换为空气，于155℃、1.4MPa下保持3小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为233HBW。
实施例7
将上述所得到的钢材进行耐腐蚀测试，分别浸于水、醋酸、氨水、浓硫酸中，24个小时后。所得结果如下：(表中数值为：质量减少百分比)
水 醋酸 氨水 浓硫酸
常规的碳素钢 0 1.2 1.3 8
常规的不锈钢 0 0.2 0.5 5
实施例1 0 0 0 1.4
实施例2 0 0 0 1.3
实施例3 0 0 0 1.1
实施例4 0 0 0 0.7
实施例5 0 0 0 0.8
实施例6 0 0 0 0.6
以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于将原料配比好，进行锻造，热处理，再置于充满水蒸气的容器中，于120～125℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时，再将水蒸气置换为空气，于150～155℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时后，得到；所述原料配比按照质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。
2.如权利要求1所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的热处理为：将钢材加热至860～880℃保温1～2小时，经过等温退火和一般退火后出炉，再经过两次预热，温度升高至1220～1280℃保持0.5～1小时，然后进行淬火，淬火后立即进行回火，共三次回火。
3.如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的等温退火是在冷却至720～750℃时保温2小时；然后进行一般退火，冷却至550℃以下出炉。
4.如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的两次预热，第一次预热是升温至600～650℃，保温2小时；第二次预热是升温至800～850℃，保持2小时。
5.如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的淬火介质为白油与钠盐的混合物。
6.如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的钠盐为硝酸钠和亚硝酸钠。
7.如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于白油、硝酸钠、亚硝酸钠的配比为10:3:2。
8.如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的三次回火，第一次为560℃1小时；第二次550℃1.5小时；第三次560℃1小时。
9.如权利要求1所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于，所述原料还包括铌，其质量百分比为0.3～0.8％。
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