CN107881423B - 冷镦钢及制备方法与采用该冷镦钢制备钢丝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷镦钢及制备方法与采用该冷镦钢制备钢丝的方法，该冷镦钢包括C、Mn、Si、Cr、Mo、Nb及余量Fe和不可避免的杂质；其制法为按照组分含量配制原料，随后依次经真空中频炉熔炼、锻造及连轧成盘条，最后收线；采用该冷镦钢制备钢丝的方法包括盘条放线—送丝—机械剥壳—矫直—磨削—表面清洁—表面涂层—烘干—拉拔—收卷—球化退火—表面涂层—拉拔。本发明的显著优点为：该冷镦钢具有晶粒细化、抗晶界腐蚀的性能，可用于制造具有高强度、高延迟断裂性能的紧固件；其制备方法能够有效控制钢中夹杂物，提高钢的纯净度；同时采用该冷镦钢制备钢丝的方法，能够有效防止氢脆，节省了工艺步骤，降低了生产成本，对环境友好。

Description

冷镦钢及制备方法与采用该冷镦钢制备钢丝的方法
技术领域
本发明属于钢丝制备领域，尤其涉及一种冷镦钢及制备方法与采用该冷镦钢制备钢丝的方法。
背景技术
目前，在冷镦钢丝的加工中，采用的是盘条整体浸泡酸洗的方式去除氧化皮和表面杂物，采用整体浸泡石灰皂的方式涂覆可供拉拔的涂层，然后搬运至拉丝机进行拉拔。
其中，整体浸泡酸洗由于盘卷散卷的紧密程度、盘条表面氧化层的分布不均、酸洗槽槽液的流动等因素的影响，在核定的酸洗时间下，会造成局部线材酸洗不良或过酸洗等问题，进而会对后续拉拔过程产生影响，造成钢丝表面划伤等缺陷；同时，废酸、酸性废水等废弃物的处理增加了环境保护的压力。在冷镦钢丝的加工中，也有采用喷丸或喷砂处理线材表面氧化皮和表面杂物的工艺。但是，此工艺的喷丸或喷砂设备投资大，设备损耗快(因砂砾高速撞击造成)，且处理后线材表面容易产生硬化层等缺陷。
整体浸泡石灰皂涂层，涂层涂覆不均的问题在生产中很难解决。通常生产中，会通过盘卷散卷、浸泡过程中抖动盘卷、出槽后抹擦等来改善涂覆状况，但仍无法彻底解决涂覆不均的问题。
拉拔前，由于从酸洗车间往拉丝车间搬运，搬运过程中造成的磕碰伤会导致线材表面产生缺陷。如果在冷镦前不能有效识别并消除，会造成冷镦开裂等缺陷。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种具有晶粒细化、抗晶界腐蚀性能的冷镦钢；本发明的第二目的是提供该冷镦钢的制备方法；本发明的第三目的是提供该冷镦钢钢丝的制备方法，该制备方法采用连续作业，能够有效避免氢脆，且对环境友好。
技术方案：本发明的冷镦钢，按质量百分数包括如下组分：C：0.40～0.44％，Mn：0.45～0.60％，Si：0.15～0.30％，Cr：0.90～1.10％，Mo：0.90～1.10％，Nb：0.03～0.07％及余量Fe和不可避免的杂质。
本发明在制备冷镦钢时，添加含量为0.03～0.07％的Nb，能够进一步控制细化晶粒和晶界腐蚀。
本发明制备冷镦钢的方法包括如下步骤：按组分含量配制原料，随后依次经真空中频炉熔炼、锻造及连轧成盘条，最后收线。
进一步说，本发明制备冷镦钢时采用的连轧的温度为1125～1175℃。制备的盘条的线材直径为5.50～14.0mm。
本发明采用冷镦钢制备钢丝的方法，包括如下步骤：盘条放线—送丝—机械剥壳—矫直—磨削—表面清洁—表面涂层—烘干—拉拔—收卷—球化退火—表面涂层—拉拔。
采用本发明的冷镦钢制备的钢丝可用于制作14.9级螺栓，具备高延迟断裂性能。更进一步说，机械剥壳时线材的对应单次最大弯折角度满足
Figure BDA0001526845340000021
Figure BDA0001526845340000022
其中d0为线材直径。磨削的速度为1.5～12m/s，磨削时的下压力为150～250N。拉拔的速度为45～120m/min。
本发明机械剥壳时线材的对应单次最大弯折角度满足
Figure BDA0001526845340000023
Figure BDA0001526845340000024
在该条件下能够通过在线材表面发生弹性变形并形成拉应力，从而有效剥离脆性氧化皮。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该冷镦钢具有晶粒细化、抗晶界腐蚀的性能，可用于制造具有高强度、高延迟断裂性能的紧固件；其制备方法能够有效控制钢中夹杂物，提高钢的纯净度；同时采用该冷镦钢制备钢丝的方法，不仅能够有效防止氢脆，提高相应延迟断裂性能，且节省了工艺步骤，降低了生产成本，对环境友好。
附图说明
图1为本发明制备的盘条电镜图；
图2为本发明制备的钢丝电镜图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
冷镦钢组分含量：C：0.42％，Mn：0.5％，Si：0.22％，Cr：1.0％，Mo：1.0％，Nb：0.05％及余量为Fe和少量不可避免的杂质。
冷镦钢的制备方法包括如下步骤：
(1)按照组分含量采用合金配料以精准控制化学成分，装炉进行真空熔炼，然后浇入锭模；
(2)锻造成250mmx250mm方坯，然后初轧为140mmx140mm方坯；
(3)进行磁粉探伤和钢坯剥皮处理，以去除表面裂纹等表面缺陷；
(4)坯料转移，进行加热轧制，线材温度控制在1150℃，然后进行缓冷冷却处理，制成线材直径为8mm的盘条、收线包装入库。
采用上述冷镦钢制备钢丝的方法，包括如下步骤：
(1)盘条放线：将盘条放置在主动放线架的放线轴上，引出钢丝到自动送丝、剥壳矫直设备；
(2)自动送丝：穿丝时通过开关点动送丝，送丝速度设定为0.8m/s；生产时，主动送丝功能关闭，变为从动轮；
(3)机械剥壳：配用两组剥壳轮，在单次最大弯折角度61.875～74.624°的条件下进行弯曲盘条；
(4)矫直：采用两组矫直轮呈横竖90°的方向进行矫直；
(5)砂带磨削：选择干磨或水磨砂带机，采用60目以上的砂带，在8m/s、下压力200N的条件下，一步或多步连续打磨抛光线材表面，使得线材表面粗糙度Ra≤1.20um；
(6)钢丝表面清洁：去除钢丝表面残留的金属、砂带表面颗粒粉尘；
(7)表面在线涂层涂覆：采用硼砂槽液，将线材在线浸液，在出液口通过气吹吹除钢丝表面多余残留涂层液体，同时达到吹干效果；
(8)烘干：采用热风或加热去除钢丝表面的潮湿水汽；
(9)拉拔收卷：在80m/min条件下进行最大减面率为30％的拉拔并收卷；
(10)辊底式周期炉球化退火：采用吸热气体RX和氮气作为保护气氛(成分：CO：20～24％，H2：30～33％，CO2：0.25～0.45％，N2残留)，控制PF值(通过[(CO％)2/(CO2％)]计算)为135，随后在770℃条件下保温5h，再经1h降至700℃保温4h，最后炉冷至550℃以下出炉；
(11)表面涂层：先进行磷化处理后，后采用金属皂处理；
(12)拉拔：在100m/min条件下进行减面率为10％的拉拔并收卷。
将该实施例制备的盘条及钢丝进行性能检测，获得的结果如图1及图2所示，通过图1可知盘条组织为珠光体，晶粒度为8～10级；通过图2可知，钢丝组织为球化渗碳体，球化级别为4～5级，具有晶粒细化、抗晶界腐蚀的性能。
实施例2
冷镦钢组分：C：0.4％，Mn：0.6％，Si：0.15％，Cr：1.1％，Mo：0.9％，Nb：0.07％及余量为Fe和不可避免的杂质。
冷镦钢的制备方法包括如下步骤：
(1)按照组分含量采用合金配料以精准控制化学成分，装炉进行真空熔炼，然后浇入锭模；
(2)锻造成250mmx250mm方坯，然后初轧为140mmx140mm方坯；
(3)进行磁粉探伤和钢坯剥皮处理，以去除表面裂纹等表面缺陷；
(4)坯料转移，进行加热轧制，线材温度控制在1125℃，然后进行缓冷冷却处理，制成线材直径为5.5mm的盘条、收线包装入库。
采用上述的冷镦钢制备钢丝的方法，包括如下步骤：
(1)盘条放线：将盘条放置在主动放线架的放线轴上，引出钢丝到自动送丝、剥壳矫直设备；
(2)自动送丝：穿丝时通过开关点动送丝，送丝速度设定为1m/s；生产时，主动送丝功能关闭，变为从动轮；
(3)机械剥壳：配用两组剥壳轮，在单次最大弯折角度90°的条件下进行弯曲盘条；
(4)矫直：采用两组矫直轮呈横竖90°的方向进行矫直；
(5)砂带磨削：选择干磨或水磨砂带机，采用60目以上的砂带，在1.5m/s、下压力150N的条件下，一步或多步连续打磨抛光线材表面，使得线材表面粗糙度Ra≤1.20um；
(6)钢丝表面清洁：去除钢丝表面残留的金属、砂带表面颗粒粉尘；
(7)表面在线涂层涂覆：采用硼砂槽液，将线材在线浸液，在出液口通过气吹吹除钢丝表面多余残留涂层液体，同时达到吹干效果；
(8)烘干：采用热风或加热去除钢丝表面的潮湿水汽；
(9)拉拔收卷：在120m/min条件下进行最大减面率为30％的拉拔并收卷；
(10)辊底式周期炉球化退火：采用吸热气体RX和氮气作为保护气氛(成分：CO：20～24％，H2：30～33％，CO2：0.25～0.45％，N2残留)，控制PF值(该PF值通过[(CO％)2/(CO2％)]计算)为135，随后在770℃条件下保温5h，再经1h降至700℃保温4h，最后炉冷至550℃以下出炉；
(11)表面涂层：先进行磷化处理后，后采用金属皂处理；
(12)拉拔：在120m/min条件下进行减面率为10％的拉拔并收卷。
实施例3
冷镦钢组分：C：0.44％，Mn：0.45％，Si：0.3％，Cr：0.9％，Mo：1.1％，Nb：0.03％及余量为Fe和不可避免的杂质。
冷镦钢的制备方法包括如下步骤：
(1)按照组分含量采用合金配料以精准控制化学成分，装炉进行真空熔炼，然后浇入锭模；
(2)锻造成250mmx250mm方坯，然后初轧为140mmx140mm方坯；
(3)进行磁粉探伤和钢坯剥皮处理，以去除表面裂纹等表面缺陷；
(4)坯料转移，进行加热轧制，线材温度控制在1175℃，然后进行缓冷冷却处理，制成线材直径为14mm的盘条、收线包装入库。
采用上述的冷镦钢制备钢丝的方法，包括如下步骤：
(1)盘条放线：将盘条放置在主动放线架的放线轴上，引出钢丝到自动送丝、剥壳矫直设备；
(2)自动送丝：穿丝时通过开关点动送丝，送丝速度设定为0.5m/s；生产时，主动送丝功能关闭，变为从动轮；
(3)机械剥壳：配用两组剥壳轮，在单次最大弯折角度35.357～56.410°的条件下进行弯曲盘条；
(4)矫直：采用两组矫直轮呈横竖90°的方向进行矫直；
(5)砂带磨削：选择干磨或水磨砂带机，采用60目以上的砂带，在12m/s、下压力250N的条件下一步或多步连续打磨抛光线材表面，使得线材表面粗糙度Ra≤1.20um；
(6)钢丝表面清洁：去除钢丝表面残留的金属、砂带表面颗粒粉尘；
(7)表面在线涂层涂覆：采用硼砂槽液，将线材在线浸液，在出液口通过气吹吹除钢丝表面多余残留涂层液体，同时达到吹干效果；
(8)烘干：采用热风或加热去除钢丝表面的潮湿水汽；
(9)拉拔收卷：在45m/min条件下进行最大减面率为30％的拉拔并收卷。
(10)辊底式周期炉球化退火：采用吸热气体RX和氮气作为保护气氛(成分：CO：20～24％，H2：30～33％，CO2：0.25～0.45％，N2残留)，控制PF值(该PF值通过[(CO％)2/(CO2％)]计算)为135，随后在770℃条件下保温5h，再经1h降至700℃保温4h，最后炉冷至550℃以下出炉；
(11)表面涂层：先进行磷化处理后，后采用金属皂处理；
(12)拉拔：在60m/min条件下进行减面率为10％的拉拔并收卷。
将实施例1-3制备的钢丝进行性能检测，获得的结果如下表1所示。
表1 实施例1-3制备的钢丝的综合性能
Figure BDA0001526845340000061
通过表1可知，本发明制备的冷镦钢丝最终抗拉强度范围在500～650MPa，断面收缩率≥60％，可用于制作具有高强度及高延迟断裂性能紧固件。
实施例4
设计6组平行试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于砂带磨削的速度，具体如下表2所示。
表2 不同的砂带磨削速度
组号 1 2 3 4 5 6
磨削速度/(m/s) 1 1.5 5 8 12 13
磨削深度/(mm) 0.011 0.013 0.025 0.033 0.045 0.052
表面粗糙度Ra/(um) 1.25 1.20 1.09 1.02 1.12 1.23
实施例5
设计5组平行试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于砂带的下压力，具体如下表3所示。
表3 不同的砂带下压力
组号 1 2 3 4 5
下压力/(N) 100 150 200 250 300
磨削深度/(mm) 0.014 0.022 0.032 0.046 0.064
表面粗糙度Ra/(um) 1.22 1.08 1.05 1.17 1.31
通过表2及表3可知，在砂带磨削的速度为1.5～12m/s，下压力150～250N范围内制备的钢丝具有优良的磨削效果和表面粗糙度性能。倘若砂带磨削速度和砂带下压力低时，则作用于砂带磨料的法向力较小，从而磨削能力较低；而砂带磨削速度和砂带下压力高时，作用于砂带磨料的法向力较大，从而磨削能力较强，但倘若砂带磨削速度和砂带下压力过高时，会使得砂带磨料压力过大，从而导致磨料磨损较快，甚至磨料脱落，从而影响最终制备的钢丝的综合性能。

Claims (1)

1.一种冷镦钢制备钢丝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)盘条放线：将盘条放置在主动放线架的放线轴上，引出钢丝到自动送丝、剥壳矫直设备；
(2)自动送丝：穿丝时通过开关点动送丝，送丝速度设定为0.8m/s；生产时，主动送丝功能关闭，变为从动轮；
(3)机械剥壳：配用两组剥壳轮，在单次最大弯折角度61.875~74.624°的条件下进行弯曲盘条；
(4)矫直：采用两组矫直轮呈横竖90°的方向进行矫直；
(5)砂带磨削：选择干磨或水磨砂带机，采用60目以上的砂带，在8m/s、下压力200N的条件下，一步或多步连续打磨抛光线材表面，使得线材表面粗糙度Ra≤1.20 μ m ；
(6)钢丝表面清洁：去除钢丝表面残留的金属、砂带表面颗粒粉尘；
(7)表面在线涂层涂覆：采用硼砂槽液，将线材在线浸液，在出液口通过气吹吹除钢丝表面多余残留涂层液体，同时达到吹干效果；
(8)烘干：采用热风或加热去除钢丝表面的潮湿水汽；
(9)拉拔收卷：在80m/min条件下进行最大减面率为30%的拉拔并收卷；
(10)辊底式周期炉球化退火：采用吸热气体RX和氮气作为保护气氛，吸热气体RX成分：CO ：20~24%，H2：30~33%，CO2 ：0.25~0.45%，N2残留，控制PF值,PF值通过CO %2/CO2%计算为135，随后在770℃条件下保温5h，再经1h降至700℃保温4h，最后炉冷至550℃以下出炉；
(11)表面涂层：先进行磷化处理后，后采用金属皂处理；
(12)拉拔：在100m/min条件下进行减面率为10%的拉拔并收卷；
将制备的盘条及钢丝进行性能检测，盘条组织为珠光体，晶粒度为8~10级;钢丝组织为球化渗碳体，球化级别为4~5级，具有晶粒细化、抗晶界腐蚀的性能；
其中冷镦钢组分含量：C：0.42%，Mn：0.5%，Si：0.22%，Cr：1.0%，Mo：1.0%，Nb：0.05%及余量为Fe和少量不可避免的杂质；冷镦钢的制备方法包括如下步骤：
(a)按照组分含量采用合金配料以精准控制化学成分，装炉进行真空熔炼，然后浇入锭模；
(b)锻造成250mmx250mm方坯，然后初轧为140mmx140mm方坯；
(c)进行磁粉探伤和钢坯剥皮处理，以去除表面裂纹等表面缺陷；
(d)坯料转移，进行加热轧制，线材温度控制在1150℃，然后进行缓冷冷却处理，制成线材直径为8mm的盘条、收线包装入库。
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