CN106311797B - 一种齿轮钢无缝管的制备工艺 - Google Patents

一种齿轮钢无缝管的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种齿轮钢无缝管的制备工艺，包括以下步骤：1）管坯打中心孔，然后进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：≤0.07，Si：0.35～0.40，Mn：0.25～1.35，S：0.010～0.035，Cr：1.50～3.50，P：0.035～0.045，Ni：1.05～2.50，Nb：0.05～0.08；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度为至少为2×10‑2Pa；3）对退火后的管坯用酸洗液进行酸洗，然后依次进行磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为磷酸、柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，冷却后进行时效处理，得到无缝管。本发明通过合理设置工艺步骤，控制各步骤中的参数，钢管外表光洁无凹坑麻点，质量好，提升产品成材率，降低生产成本。

Description

一种齿轮钢无缝管的制备工艺
技术领域
本发明属于钢管制备领域，涉及一种齿轮钢无缝管的制备工艺。
背景技术
16MnCr5齿轮钢是从德国引进的钢种，相当于我国15CrMn钢，但力学性能要优于15CrMn钢，有较好的淬透性和切削性，对较大截面零件，热处理后能得到较高表面硬度和耐磨性，低温冲击韧度也较高。其中，钢管部件在汽车制造中使用量很大，对原材料钢管的表面和内在质量的要求非常苛刻，现有的齿轮钢无缝管主要依赖进口，成本高。也有致力于齿轮钢的研究，如专利号为CN105839015A于2016年8月10日公开的一种Mn-Cr系高性能齿轮钢的生产方法，通过优化精炼过程、渣系控制，提高了钢液的洁净度；通过喂丝工序进行增氮处理从而有效细化了该铝脱氧齿轮钢晶粒的同时，实现了淬透性合金元素的精确控制，解决脱氧保硫矛盾，并保证钢液良好可浇性及齿轮钢优良的切削性能。但是质量仍然不理想，尤其是表面性能，表面麻点偏多，产品不良率偏高。
发明内容
本发明的目的是提供一种齿轮钢无缝管的制备工艺，表面性能和力学性能优异，满足汽车零部件对钢管的要求，产品质量稳定。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种齿轮钢无缝管的制备工艺，包括以下步骤：1）管坯打中心孔，然后进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：≤0.07，Si：0.35～0.40，Mn：0.25～1.35，S：0.010～0.035，Cr：1.50～3.50，P：0.035～0.045，Ni：1.05～2.50，Nb：0.05～0.08；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度为至少为2×10-2Pa；3）对退火后的管坯用酸洗液进行酸洗，然后依次进行磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为磷酸、柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液，所述磷酸的浓度为10-15%，柠檬酸溶液的浓度为30-42%；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，冷却后进行时效处理，得到无缝管。
上述方案通过对钢管的成分进行改进，配合合理的工艺步骤，可以保证钢管的力学性能，尤其是采用真空退火、真空度的控制，以及酸洗液的改进，可以显著改善钢管的表面性能。
作为优选，所述时效处理的处理步骤为a.钢管管坯放入炉内，温度升至45-60℃，保温0.2-0.5h；b.将炉内温度升至150-180℃，处理0.5-1h；c.将炉内温度降至110-120℃，保温1-1.5h。结合分段式的时效处理，钢管质量稳定。
作为优选，所述退火处理的具体操作包括以下步骤：a.钢管放入炉内，温度升至660-680℃，保温0.5-1.5h；b.将炉内温度升至770-820℃，处理3-4h；c.将炉内温度降至710-730℃，保温1.5-2.5h；d.出炉，冷却至室温。通过针对齿轮钢无缝管的成分，优化退火工艺，制作中钢管不开裂，所制得的钢管质量好，强度低，韧性佳。
作为优选，所述皂化处理所用的皂化液包括石油磺酸钠42-55%、三乙醇胺3-9%、油酸15-20%、十二烯基丁二酸1-8%、苯骈三氮唑15-20%、余量为机械油。上述方案中，通过对皂化液进行改进，可以有效改善麻点情况。
作为优选，润滑处理采用玻璃粉、石墨、碳酸钠的混合物进行处理，采用该配方的润滑剂处理，可以改善钢管表面的麻点。
作为优选，所述酸洗液中磷酸、柠檬酸、氯化钾溶液的体积混合比为3-5:2:1。
采用上述方案配比的酸洗液可以提高酸洗效果，能完全清除管坯表面的锈、氧化皮，又不会产生腐蚀性残留物，保证钢管的质量，尤其是磷酸和柠檬酸的浓度，对酸洗效果影响很大。
作为优选，所述步骤3）中的酸洗温度为38-45℃，酸洗时间为20-25min。
作为优选，所述热轧后的管坯经过热导板和热轧辊后，自然冷却后再进行时效处理，热导板采用的材质镍含量为5%-12%，热轧辊材质采用2Cr13NiMo。申请人发现，凹坑麻点的产生，除了工艺上的影响，在钢管热轧时，经过的热导板和热轧辊也会造成影响，目前采用的热导板和热轧辊会导致粘钢，在钢管表面产生凹坑，影响钢管质量，按照本方案，将热导板、热轧辊的材质，可以解决该问题。
作为优选，所述磷化处理前，采用表面处理液对管坯进行表面处理，所述表面处理液包括草酸、冰醋酸，混合体积比为1:1-5。进行表面处理可以消除管坯酸洗所引起的腐蚀不均等缺陷，提高磷化速度缩短处理时间，使管坯在磷化过程中产生结晶致密均匀的磷酸盐皮膜，同时增强耐蚀性能提高涂膜附着力，降低磷化沉渣。
通过实施上述方案，本发明通过合理设置工艺步骤，控制各步骤中的参数，钢管外表光洁无凹坑麻点，质量好，提升产品成材率，降低生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
一种齿轮钢无缝管的制备工艺，包括以下步骤：1）管坯打孔径为15mm，深度为10mm的中心孔，然后将打孔顶头预热至800℃，在温度为1000℃的条件下进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：0.07，Si：0.40，Mn：0.25，S：0.035，Cr：1.50，P：0.045，Ni：1.05，Nb：0.08；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度为为2×10-2Pa，退火处理的具体操作包括以下步骤：a.钢管放入炉内，温度升至680℃，保温1.5h；b.将炉内温度升至770℃，处理3h；c.将炉内温度降至730℃，保温2.5h；d.出炉，冷却至室温；3）对退火后的管坯用酸洗液在温度为38℃下进行酸洗20min，然后依次进行磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为浓度为15%的磷酸、浓度为42%的柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液，体积混合比为3:2:1；皂化处理所用的皂化液包括石油磺酸钠42%、三乙醇胺9%、油酸20%、十二烯基丁二酸1%、苯骈三氮唑15%、余量为机械油；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，冷却后进行时效处理，时效处理的处理步骤为a.钢管管坯放入炉内，温度升至60℃，保温0.5h；b.将炉内温度升至150℃，处理0.5h；c.将炉内温度降至120℃，保温1.5h，得到无缝管。
实施例2：
一种齿轮钢无缝管的制备工艺，包括以下步骤：1）管坯打孔径为15mm，深度为10mm的中心孔，然后将打孔顶头预热至800℃，在温度为1000℃的条件下进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：0.06，Si：0.35，Mn：1.35，S：0.010，Cr：3.50，P：0.035，Ni：2.50，Nb：0.05；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度为3×10-2Pa，退火处理的具体操作包括以下步骤：a.钢管放入炉内，温度升至660℃，保温0.5h；b.将炉内温度升至820℃，处理4h；c.将炉内温度降至710℃，保温1.5h；d.出炉，冷却至室温；3）对退火后的管坯用酸洗液在温度为45℃下进行酸洗25min，然后依次进行表面处理、磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为浓度为10%的磷酸、浓度为30%的柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液，体积混合比为5:2:1；表面处理采用表面处理液，包括混合体积比为1:1的草酸、冰醋酸；皂化处理所用的皂化液包括石油磺酸钠55%、三乙醇胺3%、油酸15%、十二烯基丁二酸8%、苯骈三氮唑20%、余量为机械油；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，经过热导板和热轧辊，自然冷却后进行时效处理，热导板采用的材质镍含量为12%，热轧辊材质采用2Cr13NiMo；时效处理的处理步骤为a.钢管管坯放入炉内，温度升至45℃，保温0.2h；b.将炉内温度升至180℃，处理1h；c.将炉内温度降至110℃，保温1h，得到无缝管。
实施例3：
一种齿轮钢无缝管的制备工艺，包括以下步骤：1）管坯打孔径为12mm，深度为8mm的中心孔，然后将打孔顶头预热至900℃，在温度为1100℃的条件下进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：0.05，Si：0.35，Mn：1.0，S：0.020，Cr：2.50，P：0.040，Ni：1.05，Nb：0.08；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度4×10-2Pa，退火处理的具体操作包括以下步骤：a.钢管放入炉内，温度升至670℃，保温1.0h；b.将炉内温度升至800℃，处理3.5h；c.将炉内温度降至720℃，保温2.0h；d.出炉，冷却至室温；3）对退火后的管坯用酸洗液在温度为40℃下进行酸洗20min，然后依次进行表面处理、磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为浓度为13%的磷酸、浓度为35%的柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液，体积混合比为4:2:1；表面处理采用表面处理液，包括混合体积比为1:3的草酸、冰醋酸；皂化处理所用的皂化液包括石油磺酸钠50%、三乙醇胺5%、油酸18%、十二烯基丁二酸6%、苯骈三氮唑18%、余量为机械油；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，经过热导板和热轧辊，自然冷却后进行时效处理，热导板采用的材质镍含量为5%，热轧辊材质采用2Cr13NiMo；时效处理的处理步骤为a.钢管管坯放入炉内，温度升至50℃，保温0.3h；b.将炉内温度升至160℃，处理0.6h；c.将炉内温度降至115℃，保温1.2h，得到无缝管。
实施例4：
一种齿轮钢无缝管的制备工艺，包括以下步骤：1）管坯打孔径为16mm，深度为12mm的中心孔，然后将打孔顶头预热至800℃，在温度为900℃的条件下进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：0.04，Si：0.40，Mn：0.25，S：0.010，Cr：1.50，P：0.045，Ni：1.10，Nb：0.06；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度为2×10-2Pa，退火处理的具体操作包括以下步骤：a.钢管放入炉内，温度升至660℃，保温1.5h；b.将炉内温度升至820℃，处理3-4h；c.将炉内温度降至710℃，保温1.5h；d.出炉，冷却至室温；3）对退火后的管坯用酸洗液在温度为45℃下进行酸洗25min，然后依次进行表面处理、磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为浓度为10%的磷酸、浓度为30%的柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液，体积混合比为5:2:1；表面处理采用表面处理液，包括混合体积比为1:5的草酸、冰醋酸；皂化处理所用的皂化液包括石油磺酸钠55%、三乙醇胺3%、油酸20%、十二烯基丁二酸8%、苯骈三氮唑20%、余量为机械油；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，经过热导板和热轧辊，自然冷却后进行时效处理，热导板采用的材质镍含量为10%，热轧辊材质采用2Cr13NiMo；时效处理的处理步骤为a.钢管管坯放入炉内，温度升至55℃，保温0.2h；b.将炉内温度升至180℃，处理1h；c.将炉内温度降至120℃，保温1h，得到无缝管。

Claims (7)

1.一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：1）管坯打中心孔，然后进行穿孔；所述管坯的化学成分重量百分配比为：C：≤0.07，Si：0.35～0.40，Mn：0.25～1.35，S：0.010～0.035，Cr：1.50～3.50，P：0.035～0.045，Ni：1.05～2.50，Nb：0.05～0.08；2）对穿孔后的管坯进行真空退火处理，真空度为至少为2×10-2Pa；3）对退火后的管坯用酸洗液进行酸洗，然后依次进行磷化、皂化和润滑处理；所述酸洗用的酸洗液为磷酸、柠檬酸溶液、氯化钾溶液的混合液，所述磷酸的浓度为10-15%，柠檬酸溶液的浓度为30-42%；4）将润滑处理后的管坯进行热轧，冷却后进行时效处理，得到无缝管；
所述时效处理的处理步骤为a.钢管管坯放入炉内，温度升至45-60℃，保温0.2-0.5h；b.将炉内温度升至150-180℃，处理0.5-1h；c.将炉内温度降至110-120℃，保温1-1.5h；
所述退火处理的具体操作包括以下步骤：a.钢管放入炉内，温度升至660-680℃，保温0.5-1.5h；b.将炉内温度升至770-820℃，处理3-4h；c.将炉内温度降至710-730℃，保温1.5-2.5h；d.出炉，冷却至室温；
所述热轧后的管坯经过热导板和热轧辊后，自然冷却后再进行时效处理，热导板采用的材质镍含量为5%-12%，热轧辊材质采用2Cr13NiMo。
2.根据权利要求1所述一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，所述皂化处理所用的皂化液包括石油磺酸钠42-55%、三乙醇胺3-9%、油酸15-20%、十二烯基丁二酸1-8%、苯骈三氮唑15-20%、余量为机械油。
3.根据权利要求1所述一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，润滑处理采用玻璃粉、石墨、碳酸钠的混合物进行处理。
4.根据权利要求1所述一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，所述酸洗液中磷酸、柠檬酸、氯化钾溶液的体积混合比为3-5:2:1。
5.根据权利要求4所述一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，所述步骤3）中的酸洗温度为38-45℃，酸洗时间为20-25min。
6.根据权利要求1所述一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，所述磷化处理前，采用表面处理液对管坯进行表面处理，所述表面处理液包括草酸、冰醋酸。
7.根据权利要求6所述一种齿轮钢无缝管的制备工艺，其特征在于，所述草酸和冰醋酸的混合体积比为1:1-5。
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