CN110760648A - 耐候螺栓生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐候螺栓生产工艺，其包括球化退火；酸洗磷化；材料改制；冷镦成型；辗制螺纹；热处理调质；性能检测；热处理调质包括以下步骤：将耐候螺栓放于淬火炉中；将淬火炉内的温度在15分钟内升到880℃，保温85分钟，淬火炉内通入淬火防护气体；将耐候螺栓从淬火炉中取出放于40℃的淬火液中，耐候螺栓15分钟冷却到40℃；将耐候螺栓放于回火炉中，回火炉内的温度在20分钟内升到480℃；耐候螺栓于回火炉内保温90分钟；耐候螺栓放于发黑液中进行发黑处理。本发明具有提高高强度耐候螺纹的生产效率的效果。

Description

耐候螺栓生产工艺
技术领域
本发明涉及耐候螺栓生产方法领域，尤其是涉及一种耐候螺栓生产工艺。
背景技术
钢结构在各种大气环境下使用，产生腐蚀是一种自然现象。为防止或减少结构物的腐蚀，延长其使用寿命一般采取涂层或镀层法。钢结构建筑、桥梁、电力和通讯铁塔等方面连接使用的高强螺栓，全部采用涂层法，如电镀或热镀锌等。但是表面喷涂等方法需要每3～5年防腐蚀涂装维护和每10～15年一次重新防腐涂装，并且涂装过程造成健康危害和环境污染、涂镀成本较高等问题。
针对10.9级、12.9级别及以上更高强度级别高强螺栓，还有个致命的问题就是酸洗和电镀或热镀过程中引进H源，导致严重的氢脆。而开发免涂装钢材在制造和安装环节，可减少工厂涂装工序和现场涂装工序，显著提高建造效率以及减少初期费用、降低全寿命周期成本，最显著的优势是大幅度降低由内部氢脆发生的几率等显著优势。因此，开发免涂装高强螺栓使用的耐候钢迫在眉睫。
耐候钢的研制起源于欧美国家，美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀、高抗拉强度的含Cu低合金钢Corten钢，并在60年代不涂漆直接应用于建筑和桥梁。耐候钢材质最突出的优势就是耐腐蚀，它内部含有的CU,NI等合金元素在形成一定配比后，使其在腐蚀过程中会使零件表面形成一个有效的氧化层，使其表面和外界空气隔绝，腐蚀停止，从而达到防腐蚀的效果，耐大气腐蚀系数I更是达到了6.95。
2016年，国内免涂装典范雅鲁藏布江大桥和张家口官厅水库大桥正在建设，成为国内第一座免涂装铁路大桥和公路大桥。以及湖南、四川等地方农村城镇化建设新农村住宅采用耐候免涂装钢材成为社会发展的需要。因此，开发建筑结构、桥梁结构等配套的免涂装的耐候高强螺栓钢迫在眉睫，且具有较为广阔的市场前景。
授权公告号为CN104480477B的中国发明专利公开了一种耐腐蚀高强度六角螺栓生产工艺，选用中碳合金钢为原料，按照螺栓的规格大小车出坯料；对原材料进行球化退火，将坯料在钟罩炉内进行等温球化退火，钟罩炉内放入富碳物质；将退火后未冷却的坯料热镦挤压成型，制成螺栓毛坯；将螺栓毛坯放入钟罩炉保温冷却；挤压成型；淬火；在盐浴炉内对成型件进行淬火；回火，在硝盐炉内对螺栓进行回火；渗碳处理；坯料表面处理及润滑，对螺杆进行磷化处理和涂MoS2的表面处理；对螺栓毛坯进行清洗和包装。
申请公告号为CN108070796A的中国发明专利申请文件公开了一种抗延迟断裂1040MPa级耐候螺栓，其化学成分的质量百分数为：C：0.21～0.32，Si：0.10～0.50，Mn：0.60～1.00，P：0.008～0.020，S：≤0.005，Cr：0.82～1.20，Ni：0.25～0.50，Cu：0.25～0.50，Mo：0.05～0.20，Nb：0.015～0.060，V：0.015～0.090，Ti：0.008～0.035，B：0.0008～0.0035，Al：0.015～0.040，Ca：0.003～0.007，Zr：0.015～0.045，Re：0.010～0.045，余量为Fe和不可避免的杂质；上述螺栓的制备方法主要是采用常规的高纯净质化冶炼-连铸-轧制技术，将金属原料制备成抗延迟断裂耐候螺栓用钢材料；按常规方法进行原材料酸洗、拔钢、下料、端面倒角、平头、头部成型、头部倒角、抛丸、半品表面处理、缩径、滚丝、热处理、成品表面处理。
现有的10.9级耐候钢XG835NH生产耐候螺栓的生产工艺是原料入仓后，将盘元进行断料，断料成一根根圆杆；断料后对保持对圆杆进行加热，对圆杆进行平头，将圆杆两端压平，并使圆杆的一端形成倒角；对圆杆另一端进行打头使耐候螺栓的螺帽部分初步成型；将耐候螺栓初步成型的螺帽部分进行倒角；将圆杆的螺纹部分进行缩径使其直径等于牙径；常温下对待成型的耐候螺栓进行滚丝；将成型的耐候螺栓进行热处理调质。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的耐候螺栓生产工艺中需要对原料进行热处理，使之成型，处理过程中人工参与较多，生产效率低，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐候螺栓生产工艺，其具有提高高强度耐候螺纹的生产效率的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种耐候螺栓生产工艺，包括以下步骤
球化退火；
酸洗磷化；
材料改制；
冷镦成型；
辗制螺纹；
热处理调质；
性能检测；
热处理调质包括以下步骤：
将耐候螺栓放于淬火炉中；
将淬火炉内的温度在15分钟内升到880℃，保温85分钟，淬火炉内通入淬火防护气体；
将耐候螺栓从淬火炉中取出放于40℃的淬火液中，耐候螺栓15分钟冷却到40℃；
将耐候螺栓放于回火炉中，回火炉内的温度在20分钟内升到480℃；
耐候螺栓于回火炉内保温90分钟；
耐候螺栓放于发黑液中进行发黑处理。
通过采用上述技术方案，使用该工艺后，先将对材料进行退火，降低材料硬度，对材料表面磷化后使之表面形成保护膜，再对材料进行冷镦成型，冷镦成型能由设备自动完成，最后进行淬火、回火及发黑处理，保证耐候螺栓的性能参数要求，相较于热打工艺，该工艺能减少人工操作，提高生产效率。
本发明进一步设置为：球化退火包括以下步骤盘元放于退火炉中；退火炉内通入退火防护气体退火炉内腔的温度在4小时内升温到550℃，保温1小时；
退火炉内腔的温度在2小时内升温到760℃，保温10小时；
退火炉内腔的温度在2小时内降温到700℃，随炉冷却，保温8小时；
退火炉内腔的温度在7小时内降温到500℃后，出炉空冷。
通过采用上述技术方案，对盘元进行退火，降低盘元硬度，便于后续冷镦加工。
本发明进一步设置为：退火防护气体包括氮气，当退火炉内的温度小于550℃时，氮气流量为50-60立方米/小时，当退火炉内的温度大于等于550℃时，氮气流量为25-30立方米/小时；
退火防护气体包括甲醇，退火炉内的温度升温到550℃时，甲醇的流量为30毫升/小时；退火炉内的温度低于550℃时，向退火炉内通入甲醇的流量为0毫升/小时。
通过采用上述技术方案，氮气和甲醇高温下裂解生产的RX气体均能减少高温状态下原料中的碳与氧气反应，造成原料碳含量下降。
本发明进一步设置为：冷镦成型包括以下步骤切料：根据产品长度将圆杆切断；
一模：对圆杆两端面进行模压，使两端面平整；
二模：对圆杆一端进行模压，使圆杆端面的头部初成型，同时圆杆的另一端的倒角成型；
三模：对圆杆的头部进行再次模压，使圆杆的螺帽部分成型为圆盘，同时圆杆另一端的螺纹部分的直径缩小到牙径；
四模：对圆杆的螺帽部分进行模切，使圆杆的螺帽成型为六方。
通过采用上述技术方案，能使盘元成型为基本的螺栓形状。
本发明进一步设置为：酸洗磷化包括以下步骤
上料：将圆杆放于酸洗池中；
酸洗：盐酸浓度10％—20％，盐酸抑制剂浓度为0.1-0.2％，当盐酸浓度低于5％时需更换新酸，材料浸泡时间7-15分钟；
水洗：使用清水清洗干净圆杆表面的盐酸；
草酸：将圆杆放于游离酸中浸泡，游离酸≤7，全酸度5-12；
磷化：磷化槽全酸度42±5，酸比6±1，促进剂1-2，温度75—90℃，时间5-10分钟；
水洗润滑：润滑槽浓度为5％，温度75—90℃，时间5-10分钟；
烘干入库。
通过采用上述技术方案，对材料表面进行磷化，可防止线材在冷锻成型加工中，工具、模具等金属物间直接摩擦，减少擦伤，提升品质。
本发明进一步设置为：性能检测后对耐候螺栓进行配套测试；
将耐候螺栓、垫片和螺母组成一套进行测试；检测其扭矩系数和扭矩系数的标准差。
通过采用上述技术方案，检测该耐候螺栓在其使用环境中是否满足规定，保证该耐候螺栓的标准性。
本发明进一步设置为：耐候螺栓放于淬火炉和回火炉前进行清洗。
通过采用上述技术方案，减少耐候螺栓表面杂质，提高耐候螺栓表面质量，减少淬火或回火时耐候螺栓表面产生的其它有害物质。
本发明进一步设置为：淬火防护气体为甲醇，甲醇的流量为9-12升/小时，同时通入丙烷,丙烷流量位于900升/小时——1200升/小时之间。
通过采用上述技术方案，甲醇和丙烷的混合气体高温下裂解生成的RX气体均能减少高温状态下原料中的碳与氧气反应，造成原料碳含量下降。
本发明进一步设置为：发黑液温度为50℃，发黑时间5分钟。
本发明进一步设置为：生产过程中采用电加热或天然气加热。
通过采用上述技术方案，电加热和天然气加热，加热排排放的废气少，有助于减少环境污染。
综上所述，本发明的有益效果为：
1、使用该工艺后，先将对材料进行退火，降低材料硬度，对材料表面磷化后使之表面形成保护膜，再对材料进行冷镦成型，冷镦成型能由设备自动完成，最后进行淬火、回火及发黑处理，保证耐候螺栓的性能参数要求，相较于热打工艺，该工艺能减少人工操作，提高生产效率；
2、对盘元进行退火，降低盘元硬度，便于后续冷镦加工；
3、甲醇和丙烷的混合气体高温下裂解生成的RX气体均能减少高温状态下原料中的碳与氧气反应，造成原料碳含量下降。
附图说明
图1是实施例中球化退火工艺卡示意图；
图2是实施例中热处理调质工艺卡示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例
参照图1，为本发明公开了一种耐候螺栓生产工艺，
一、原料抽样检验
检验原料是否符合国家标准固定的10.9级耐候钢XG835NH的规定。
XG835NH材料成分满足美标钢结构Type3的A型成分规定，
耐大气腐蚀指数(I)：6.9
I＝26.01(Cu％)+3.88(Ni％)+1.2(Cr％)+1.49(Si％)+17.2(P％)-7.29(Cu％)(Ni％)-9.10(Ni％)(P％)-33.9(Cu％)2
适用范围：
Cu：0.012—0.51％
Ni：0.05—1.1％
Cr：0.10—1.3％
Si：0.10—0.64％
P：0.01—0.12％
耐大气腐蚀指数(I)越大耐候性越好，ASTM相关标准要求按该公式计算的耐候指数不小于6.0.计算出原料的耐候指数为6.9
材料机械性能
芯部硬度HRC 抗拉强度Rm(Mpa) 屈服强度Rp0.2(Mpa) 伸长率A(％)
23—24 850 730 17
检测原料的芯部硬度、抗拉强度、屈服强度、伸长率、耐大气腐蚀指数。
确保原料使用正确，减少因原料问题造成的批量报废。
二、球化退火
盘元(将钢筋弯曲成一圈圈的圆环状)放于退火炉中；
向退火炉中通入氮气，当退火炉内的温度小于550℃时，氮气流量为50-60立方米/小时，当退火炉内的温度大于等于550℃时，氮气流量为25-30立方米/小时；
退火炉内腔的温度在4小时内升温到550℃，保温1小时；
当退火炉内的温度升温到550℃时，向退火炉内通入甲醇，甲醇于退火炉内生成RX气体，甲醇的流量为30毫升/小时；
退火炉内腔的温度在2小时内升温到760℃，保温10小时；
退火炉停止加热，原料随退火炉空冷同时保持氮气持续通入退火炉对退火炉进行降温，退退火炉内腔的温度在2小时内降温到700℃，退火炉继续加热，保温8小时；
退火炉停止加热，原料随退火炉空冷同时保持氮气持续通入退火炉对退火炉进行降温，退火炉内腔的温度在7小时内降温到500℃后，出炉空冷；
当退火炉内的温度降温到600℃时，停止向退火炉内通入甲醇；
氮气和RX气体均能减少高温状态下原料中的碳与氧气反应，造成原料碳含量下降。
退火炉在本实例中采用天然气燃烧进行加热，在其它实施方式中可以采用电加热。
若选用其它材料成分不同的耐候钢，能对保温温度进行±10摄氏度的调整。
三、酸洗磷化
在材料表面处理上一层磷酸盐皮膜，此种皮膜具有润滑能力，可防止线材在冷锻成型加工中，工具、模具等金属物间直接摩擦，减少擦伤，提升品质。
上料：将圆杆放于酸洗池中；
酸洗：盐酸浓度10％—20％，盐酸抑制剂浓度为0.1-0.2％，当盐酸浓度低于5％时需更换新酸，材料浸泡时间7-15分钟(表面氧化皮完全剥离为宜)；
水洗：使用清水清洗干净圆杆表面的盐酸；
草酸：将圆杆放于游离酸中浸泡，游离酸≤7，全酸度5-12；
磷化：磷化槽全酸度42±5，酸比6±1，促进剂1-2，温度75—90℃，时间5-10分钟；
水洗润滑：润滑槽浓度为5％，温度75—90℃，时间5-10分钟；
该工艺只是为对材料表面进行磷化，对材料表面进行磷化，可防止线材在冷锻成型加工中，工具、模具等金属物间直接摩擦，减少擦伤，提升品质，用现有的螺栓酸洗磷化工艺便能满足工艺要求。
烘干入库。
四、材料改制
将酸洗磷化完成的材料拉拔成所需的线径，M22大六角冷镦线径为21.2±0.02。
五、冷镦成型
切料：根据产品长度将圆杆切断；
一模：对圆杆两端面进行模压，使两端面平整，同时圆杆的一端的倒角成型；
二模：对圆杆进行模压，使圆杆端面的头部初成型；
三模：对圆杆的头部进行再次模压，使圆杆的螺帽部分成型为圆盘，同时圆杆另一端的螺纹部分的直径缩小到牙径；
四模：对圆杆的螺帽部分进行模切，使圆杆的螺帽成型为六方。
六、辗制螺纹
使用搓丝机对圆杆进行搓螺纹的工序。
七、热处理调质耐候螺栓进行调制处理：
使用温水对耐候螺栓进行清洗，将清洗后的耐候螺栓放于淬火炉中；
向淬火炉内通入甲醇，甲醇的流量为9-12升/小时，同时通入丙烷，丙烷流量在本实例中为1200升/小时,丙烷流量不大于1200升/小时；
将淬火炉内的温度在15分钟内升到880℃，保温85分钟；
将耐候螺栓从淬火炉中取出，放于40℃的淬火液温中，耐候螺栓15分钟冷却到40℃，本实施例中使用水溶性淬火液；
耐候螺栓使用温水进行清洗；
将耐候螺栓放于回火炉中，回火炉内的温度在20分钟内升到480℃；
耐候螺栓于回火炉内保温90分钟；
耐候螺栓放于50℃的发黑液中进行发黑处理，发黑时间5分钟，发黑液为现有的发黑工艺中使用的发黑液；
将耐候螺栓收集整理。
淬火炉和回火炉在本实例中采用天然气燃烧进行加热，在其它实施方式中可以采用电加热。
八、性能检测
对M22的耐候螺栓的抗拉强度、屈服强度、拉力载荷、芯部硬度、断后拉长率、冲击强度进行测量，判断其是否满足国家标准规定的性能要求。
Figure BDA0002272379070000081
九、配套测试
将耐候螺栓、及与其配套使用的两个平垫片和螺母组成一套进行测试。
按每3000套一个批次，每批次检验8套进行扭矩系数检测
满足我国规定的高强度螺栓的扭矩系数是0.11～0.15的范围，扭矩系数的标准差不得大于0.01的规定。
Figure BDA0002272379070000082
上述实施例的实施原理为：
先将对材料进行退火，降低材料硬度，对材料表面磷化后使之表面形成保护膜，再对材料进行冷镦成型，冷镦成型能由设备自动完成，最后进行淬火、回火及发黑处理，保证耐候螺栓的性能参数要求，相较于热打工艺，该工艺能减少人工操作，提高生产效率，相较于以前热打工艺，每天成型五千支左右耐候螺栓而言，采用本实施例的工艺后，每天成型的耐候螺栓达到二万五千支左右。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种耐候螺栓生产工艺，其特征在于：包括以下步骤
所述原料进行抽样检验；
球化退火；
酸洗磷化；
材料改制；
冷镦成型；
辗制螺纹；
热处理调质；
性能检测；
热处理调质包括以下步骤：
将耐候螺栓放于淬火炉中；
将淬火炉内的温度在15分钟内升到880℃，保温85分钟，淬火炉内通入淬火防护气体；
将耐候螺栓从淬火炉中取出放于40℃的淬火液中，耐候螺栓15分钟冷却到40℃；
将耐候螺栓放于回火炉中，回火炉内的温度在20分钟内升到480℃；
耐候螺栓于回火炉内保温90分钟；
耐候螺栓放于发黑液中进行发黑处理。
2.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述球化退火包括以下步骤
盘元放于退火炉中；退火炉内通入退火防护气体
退火炉内腔的温度在4小时内升温到550℃，保温1小时；
退火炉内腔的温度在2小时内升温到760℃，保温10小时；
退火炉内腔的温度在2小时内降温到700℃，随炉冷却，保温8小时；
退火炉内腔的温度在7小时内降温到500℃后，出炉空冷。
3.根据权利要求2所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述退火防护气体包括氮气，当退火炉内的温度小于550℃时，氮气流量为50-60立方米/小时，当退火炉内的温度大于等于550℃时，氮气流量为25-30立方米/小时；
退火防护气体包括甲醇，退火炉内的温度升温到550℃时，甲醇的流量为30毫升/小时；退火炉内的温度低于550℃时，向退火炉内通入甲醇的流量为0毫升/小时。
4.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述冷镦成型包括以下步骤
切料：根据产品长度将圆杆切断；
一模：对圆杆两端面进行模压，使两端面平整；
二模：对圆杆一端进行模压，使圆杆端面的头部初成型，同时圆杆的另一端的倒角成型；
三模：对圆杆的头部进行再次模压，使圆杆的螺帽部分成型为圆盘，同时圆杆另一端的螺纹部分的直径缩小到牙径；
四模：对圆杆的螺帽部分进行模切，使圆杆的螺帽成型为六方。
5.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述酸洗磷化包括以下步骤
上料：将圆杆放于酸洗池中；
酸洗：盐酸浓度10%—20%，盐酸抑制剂浓度为0.1-0.2%，当盐酸浓度低于5%时需更换新酸，材料浸泡时间7-15分钟；
水洗：使用清水清洗干净圆杆表面的盐酸；
草酸：将圆杆放于游离酸中浸泡，游离酸≤7，全酸度5-12；
磷化：磷化槽全酸度42±5，酸比6±1，促进剂1-2，温度75—90℃，时间5-10分钟；
水洗润滑：润滑槽浓度为5%，温度75—90℃，时间5-10分钟；
烘干入库。
6.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述性能检测后对耐候螺栓进行配套测试；
将耐候螺栓、垫片和螺母组成一套进行测试；检测其扭矩系数和扭矩系数的标准差。
7.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述耐候螺栓放于淬火炉和回火炉前进行清洗。
8.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述淬火防护气体为甲醇，甲醇的流量为9-12升/小时，同时通入丙烷, 丙烷流量位于900升/小时——1200升/小时之间。
9.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述发黑液温度为50℃，发黑时间5分钟。
10.根据权利要求1所述的耐候螺栓生产工艺，其特征在于：所述球化退火和热处理调质生产过程中采用电加热或天然气加热。
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