CN111378905B - 一种童车紧固件线材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于童车制备技术领域，具体涉及一种童车紧固件线材的制备方法包括：提供碳素钢线材，碳素钢线材的碳含量为0.17wt％～0.19wt％，磷含量≤0.020wt％，硫含量≤0.020wt％，铝含量为0.030wt％～0.060wt％；将碳素钢线材依次进行酸洗和磷化，然后进行第一拉拔处理，获得第一拉拔产物；将第一拉拔产物进行球化退火处理，获得球化退火产物；球化退火处理包括：在保护气氛下，将第一拉拔产物升温到710～730℃，保温5～7小时；然后以15～25℃/小时的速度冷却至540～560℃，再以75～85℃/小时的速度继续冷却至390～410℃，之后自然冷却至常温；当温度在550℃以上时保护气氛为甲醇裂解气，当温度小于550℃时保护气氛为氮气；将球化退火产物依次进行酸洗和磷化，然后进行第二拉拔处理；第一拉拔处理的总压缩率≥50％，部分压缩率≤15％。

Description

一种童车紧固件线材的制备方法

技术领域

本发明属于童车制备技术领域，具体涉及一种童车紧固件线材的制备方法。

背景技术

童车，从制造行业上分，我国政府将其归类于玩具行业中。我国童车与玩具的发展轨迹如出一辙：改革开放之初从承接台资、港资企业转移，做OEM开始起步，近十年随着国内市场迅速发展，童车产业进入了一个大发展时期，这种趋势在2008年之后尤为明显。据最新全国人口普查统计数据显示，中国0-3岁的婴幼儿有7000多万，占总人口数量的1/5。从2008年到2016年，全球每年童车销售额都超过1000亿元人民币，国内市场近两年每年的销售额超过200亿元。经过30多年的发展，从起步之初以台资、港资企业为主到现在的本土企业挑大梁，内地童车企业已经完成了对童车制造的完美承接。

我国自2016年起已经正式开始实施二胎政策，因此国家的人口将有大幅度的上升，据相关统计，新生儿的数量将多达两千万以上。同时，国民生活的质量日渐丰富，需求层次逐渐提升，对于童车的使用也越发普及，给童车产品市场带来巨大的冲击，仅新增的人口就将给婴幼儿市场带来1000亿元的市场规模。从市场发展及综合国内外行情来看，未来几年童车行业将会出现以指数增长的发展趋势，因而童车的市场较为广阔。但是，随着消费者安全意识的增长，家长为儿童选购童车时不仅关注该童车的使用性能，还关注该童车的安全性。

童车螺丝为童车的重要零部件，承受很大的交变弯曲应力和接触应力。确保生产童车螺丝的原材料具有良好的塑性变形能力，以及具有良好的耐磨性能和抗冲击性能，可保证童车具有良好的安全性能。然而，目前国内制备童车螺丝的原材料普遍脆性大，冲击韧性低，在冷镦成型时容易发生开裂的问题，成型率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种童车紧固件线材的制备方法，旨在应用于制备一种耐冲击耐磨的童车螺丝。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种童车紧固件线材的制备方法，包括：

提供碳素钢线材，所述碳素钢线材的碳含量为0.17wt％～0.19wt％，磷含量≤0.020wt％，硫含量≤0.020wt％，铝含量为0.030wt％～0.060wt％；

将所述碳素钢线材依次进行酸洗和磷化，然后进行第一拉拔处理，获得第一拉拔产物；

将所述第一拉拔产物进行球化退火处理，获得球化退火产物；所述球化退火处理包括：在保护气氛下，将所述第一拉拔产物升温到奥氏体转变温度以上20～30℃，保温5～7小时；然后以15～25℃/小时的速度冷却至540～560℃，再以75～85℃/小时的速度继续冷却至390～410℃，之后自然冷却至常温；当温度在550℃以上时所述保护气氛为甲醇裂解气，当温度低于550℃时所述保护气氛为氮气；

将所述球化退火产物依次进行酸洗和磷化，然后进行第二拉拔处理，即得；

其中，所述第一拉拔处理的总压缩率≥50％，部分压缩率≤15％。

与现有技术相比，一方面，本发明选择具有特定化学成分组成的碳素钢线材作为原材料，并结合优化的球化退火处理工艺，确保线材具有良好的球化组织，提高其塑性变形能力，从而提高其耐冲击性能及其成型率，使最终产品的性能稳定；另一方面，进一步优化了第一拉拔处理工艺中的总压缩率和部分压缩率，为后续球化退火提供更多的能量，使球化率提高，珠光体分布均匀，进一步提高了线材的塑性。通过本发明制备方法获得的童车紧固件线材具有良好的冲击韧性，在冷镦成型时不容易发生开裂，成型率高。

具体实施方式

为了制备一种耐冲击耐磨的童车螺丝，以提高童车的安全性能，本发明实施例提供了一种童车紧固件线材的制备方法。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本发明实施例提供一种童车紧固件线材的制备方法，包括如下步骤：

S01、提供碳素钢线材，所述碳素钢线材的碳含量为0.17wt％～0.19wt％，磷含量≤0.020wt％，硫含量≤0.020wt％，铝含量为0.030wt％～0.060wt％；

S02、将所述碳素钢线材依次进行酸洗和磷化，然后进行第一拉拔处理，获得第一拉拔产物；

S03、将所述第一拉拔产物进行球化退火处理，获得球化退火产物；所述球化退火处理包括：在保护气氛下，将所述第一拉拔产物升温到奥氏体转变温度以上20～30℃，保温5～7小时；然后以15～25℃/小时的速度冷却至540～560℃，再以75～85℃/小时的速度继续冷却至390～410℃，之后自然冷却至常温；当温度在550℃以上时所述保护气氛为甲醇裂解气，当温度低于550℃时所述保护气氛为氮气；

S04、将所述球化退火产物依次进行酸洗和磷化，然后进行第二拉拔处理，即得；

其中，所述第一拉拔处理的总压缩率≥50％，部分压缩率≤15％。

具体的，在步骤S01中，碳素钢线材的碳含量为0.17wt％～0.19wt％。碳含量影响其热处理产品硬度的大小，当碳含量低于0.17wt％时，硬度较低，耐摩擦性能低；当碳含量高于0.19wt％时，硬度较高，抗冲击性能差，且塑形差，在冷镦成型后容易开裂，成型率低。

铝含量为0.030wt％～0.060wt％，在碳含量为0.17wt％～0.19wt％的碳素钢线材中加入少量的铝，可细化晶粒，提高球化退火后的线材塑性，有利于产品冷镦加工成型，提高最终的产品抗断裂性。

在一实施例中，选择的碳素钢线材的碳含量为0.17wt％～0.19wt％，硅含量≤0.10wt％，锰含量为0.60wt％～0.90wt％，磷含量≤0.020wt％，硫含量≤0.020wt％，铝含量为0.030wt％～0.060wt％。

在本发明实施例中，该碳素钢线材的磷含量≤0.020wt％，硫含量≤0.020wt％。S、P为杂质元素，其在该碳素钢线材的含量过多会导致产品成型开裂。

线材的力学性能不仅与其化学成分组成密切相关，其显微组织对其力学性能也存在较大的影响，因此，在原材料选择时，还需考虑其显微组织。线材晶粒度的大小及晶粒的均匀性以及非金属夹杂物会影响球化退火后的线材的塑性，魏氏组织的存在等因素会直接影响产品热处理后马氏体形态，造成线材机械性能降低、产品开裂等不良现象。

作为优选的，所述碳素钢线材的晶粒度为9～10级，非金属夹杂物≤1级，不含魏氏组织。

作为优选的，所述碳素钢线材的椭圆度≤0.10mm。线材椭圆度太大，造成拉拔变形时受力不均匀，导致材料内部组织变形程度不一致，使拉拔后的材料性能组织不均匀，存在不同的内应力，易导致后续产品热处理开裂，影响成材率。

在步骤S02中，将所述碳素钢线材依次进行酸洗和磷化，在拉拔处理前对线材进行表面处理，可起到良好的润滑效果，且具有良好的防锈性能。

酸洗，用于去除线材表面的氧化层。盐酸水溶液的浓度过高和/或酸洗时间过长，线材在酸洗过程中除去表层氧化层之后，会继续腐蚀线材基体表面，可造成线材表面出现坑点，该坑点经拉拔处理后仍无法消除，使得最终产品出现麻点异常。盐酸水溶液的浓度过低和/或酸洗时间过短，造成线材表面氧化层去除不干净，仍残留在线材表面。该残留的氧化层在后续拉拔处理过程中会被挤压到线材表面上，造成产品表面黑皮异常，产品表面质量差。

作为优选，酸洗采用盐酸水溶液，所述盐酸水溶液的质量浓度为10％～15％。

在一实施例中，酸洗时，先配置槽液，槽液中含盐酸，以及以及少量用于防止过酸洗的缓释剂。在另一实施例中，缓释剂占总槽液的0.1wt％，且该缓释剂为六甲基四氨。在又一发明实施例中，酸洗的时间为15～20min。

磷化，通过在其表面形成磷化膜，提高其防腐蚀能力，且使得线材表面更加耐磨，增加拉拔的润滑性。在酸洗之后进行磷化，可防止酸液对线材表面进行腐蚀，确保线材表面质量及其质量的稳定性。

作为优选，磷化的温度为70～80℃，时间为8～10分钟。

作为优选，所述磷化的总酸度为20～30。

总酸度低、磷化温度低和磷化时间短中的至少任意一个都会造成其形成的磷化膜薄，无法发挥其防锈及润滑作用；全酸度高、温度高、磷化时间长中的至少任意一个都会造成其形成的磷化膜晶粒粗大，磷化膜厚，与线材表层结合力差，在拉拔及成型过程中易脱落，无法起到润滑作用，造成模具使用寿命短，产品表面拉伤。

通过上述优化的磷化工艺、磷化温度和磷化时间，可使得本发明实施例的汽车紧固件线材满足高速拉拔工序及高变型产品成型需求。

进行第一拉拔处理，用于对线材进行粗拉，为后续球化退火处理提供准备，获取组织均匀的线材。具体的，该拉拔过程采用拉丝机，尽最大程度减少拉拔过程中给材料表面带来的加工硬化现象，使得产品的不良率大大降低，节约成本，提升产品质量。

在本发明实施例中，第一拉拔处理采取总压缩率大，部分压缩率小的原则进行。其中，所述第一拉拔处理的总压缩率≥50％，部分压缩率≤15％。

总压缩率大，其产生的变形量就越大，钢丝的内部铁素体及珠光体组织被机械的拉长成纤维状，珠光体中渗碳体的位向平行于拉丝轴，并呈破碎状，产生很高的应力值，产生应力值越高，为后续球化退火提供更多的能量，使球化率提高，珠光体分布均匀，塑性提高。

在第一拉拔处理工艺中，线材经历多道次拉拔，平均每道次拉拔的压缩率(即部分压缩率)≤15％，部分压缩率越小，第一拉拔处理工艺经历的拉拔次数越多。本发明实施例采取较小的部分压缩率，可大幅度降低加工过程中线材表面的加工硬化程度，提高产品性能稳定性。

在步骤S03中，对所述第一拉拔产物进行球化退火处理。球化退火的主要目的是使钢铁材料的微观组织中的碳化物球化，降低材料的硬度，提高材料的塑性，降低材料的变形抗力，使材料易于塑性加工成形。

在本发明实施例中，球化退火处理包括：在保护气氛下，将所述第一拉拔产物升温到奥氏体转变温度以上20～30℃，保温5～7小时；然后以15～25℃/小时的速度冷却至540～560℃，再以75～85℃/小时的速度继续冷却至390～410℃，之后于炉外自然冷却至常温；当温度在550℃以上时所述保护气氛为甲醇裂解气，当温度低于550℃时所述保护气氛为氮气

在整个球化退火工艺中，关键在于对温度的控制。如果保温温度过高，渗碳体就会均匀溶于奥氏体中，从而形成单一均匀的奥氏体组织，按照球化理论，均匀的奥氏体很难转变成球状渗碳体组织。同理，当保温温度较低时，渗碳体没有被充分溶断，也很难得到球化组织。

进一步的，在球化退火处理过程中，如果反应体系中含有氧，线材在高温条件下容易与氧反应发生脱碳行为。为了保护线材不发生脱碳，确保线材的稳定性，本发明实施例的球化退火处理尽量在无氧环境下进行，例如通入惰性的保护气氛氮气，将反应体系中的氧赶走。

作为优选，当温度在550℃以上时所述保护气氛为甲醇裂解气，当炉内温度小于550℃时所述保护气氛为氮气。

充氮气、甲醇裂解气的目的就是将热处理炉中的氧气赶走，使热处理炉内无氧化气氛。氮气为惰性气体，且容易制备，价格低廉，但不与氧气反应，只能将大量的氧气赶走，但无法100％驱除热处理炉中的氧气。甲醇裂解气为还原性气体，其能与热处理炉中氧气发生化学反应，使热处理炉内气氛为还原性气氛，更好的防止脱碳。但是，甲醇裂解气在低温时(≤500℃)不与氧气反应。

在一实施例中，升温到550℃前向炉内充氮气，把大量的氧气排放处理，升温至550℃时例如通过管道充入和阀门控制切换为甲醇裂解气，使炉内微量的氧气与其发生化学反应，最终使热处理炉中气氛程还原性气氛，确保线材不脱碳。

在另一实施例中，氮气的气流量为5～10L/min，甲醇裂解气的气流量为3～5L/min。本发明实施例的保护气氛设置方式在该气体流量范围下，可确保线材在球化退火处理过程中不发生脱碳反应，确保线材的稳定性。

采用具有上述优化的球化退火温度、时间，以及优选的保护气氛条件，可使得本发明实施例的复印机轴心线材退火组织晶粒均匀，球化率高，无异常组织。进一步的，在本发明实施例上述优选的碳素钢线材材料，以及酸洗、磷化和第一拉拔处理等优化工艺的综合作用下，本发明实施例的复印机轴心线材具有延展性高、韧性高和硬度低等优点，可防止冷镦成型时发生开裂的问题。

经实验检测，步骤S03得到的球化退火产物球化级别为5～6级，晶粒度达9～10级，晶粒排布均匀，球化率高，无晶粒粗大、魏氏组织等异常组织，抗拉强度达450～550MPa。

在步骤S04中，将所述球化退火产物依次进行酸洗和磷化，通过酸洗去除球化退火处理之后线材表面的氧化层，通过磷化提高线材的防腐蚀性能，确保产品表面质量，保证产品的稳定性。

进行第二拉拔处理，用于对线材进行精拉，维持产品的力学稳定性和尺寸稳定性。具体的，该拉拔过程采用拉丝模。本发明实施例对该拉丝模的具体结构类型不作具体限定，其可为市售的拉丝模商品，也可为本领域技术人员采用常规技术手段进行改进的拉丝模，该拉丝模可具有特定的定径带长度和工作锥角，以及特定的拉丝模孔型。

通过上述优化的工艺，可使得本发明实施例的童车紧固件线材退火组织晶粒排布均匀，球化率高，无晶粒粗大和魏氏组织等异常组织，材料成分稳定，具有优异的淬透性冷镦性能，确保得到尺寸、表面精良的产品。

将该童车紧固件线材进行塑性加工成型，例如：加热处理、冷镦成型，可获得一种耐冲击耐磨的童车螺丝。该童车螺丝的各项性能明显优越于目前市场类似产品，可更好的应用于童车紧固件加工行业，提高童车紧固件行业生产的产品的使用性能及寿命，具有良好的市场前景，为公司创造非常可观的经济效益。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例一种童车紧固件线材的制备方法的进步性能显著地体现，以下通过实施例对本发明的实施进行举例说明。

实施例1

本实施例提供了一种童车紧固件线材的制备方法，包括如下步骤：

S11、提供碳素钢线材，所述碳素钢线材的成分组成参考表1：

表1

	含量(wt％)
		碳	0.18
硅	≤0.10
		锰	0.75
硫	≤0.020
		磷	≤0.020
铝	0.045

通过金相显微检验，该碳素钢线材为9～10级，非金属夹杂物≤1级，不含魏氏组织，且该低碳合金钢线材的椭圆度≤0.10mm。

S12、将所述碳素钢线材依次进行酸洗和磷化，然后进行第一拉拔处理，获得第一拉拔产物；

在酸洗时，采用质量浓度为15％的盐酸水溶液，酸洗20min。

第一拉拔处理采用拉丝机，总压缩率≥50％，部分压缩率≤15％。

S13、将所述第一拉拔产物进行球化退火处理，获得球化退火产物；所述球化退火处理包括：在保护气氛下，将所述第一拉拔产物升温到725℃，保温6小时；然后以20℃/小时的速度冷却至550℃，再以80℃/小时的速度继续冷却至400℃，之后于炉外自然冷却至常温；当温度在550℃以上时所述保护气氛为甲醇裂解气，当温度低于550℃时所述保护气氛为氮气

其中，氮气的气流量为6L/min，甲醇裂解气的气流量为4L/min。

S14、将所述球化退火产物依次进行酸洗和磷化，然后进行第二拉拔处理，即得；

在酸洗时，采用质量浓度为10％的盐酸水溶液，酸洗15min。

对本实施例制备的复印机轴心线材进行检验，，其检验结果如表2所示：

表2

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种童车紧固件线材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供碳素钢线材，所述碳素钢线材的碳含量为0.17wt％～0.19wt％，硅含量≤0.10wt％，锰含量为0.60wt％～0.90wt％，磷含量≤0.020wt％，硫含量≤0.020wt％，铝含量为0.030wt％～0.060wt％；所述碳素钢线材的晶粒度为9～10级，非金属夹杂物≤1级，不含魏氏组织，且所述碳素钢线材的椭圆度≤0.10mm；

将所述碳素钢线材依次进行酸洗和磷化，然后进行第一拉拔处理，获得第一拉拔产物；

将所述第一拉拔产物进行球化退火处理，获得球化退火产物；所述球化退火处理包括：在保护气氛下，将所述第一拉拔产物升温到奥氏体转变温度以上20～30℃，保温5～7小时；然后以15～25℃/小时的速度冷却至540～560℃，再以75～85℃/小时的速度继续冷却至390～410℃，之后自然冷却至常温；当温度在550℃以上时所述保护气氛为甲醇裂解气，当温度低于550℃时所述保护气氛为氮气；

将所述球化退火产物依次进行酸洗和磷化，然后进行第二拉拔处理，即得；

其中，所述第一拉拔处理的总压缩率≥50％，部分压缩率≤15％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮气的气流量为5～10L/min，所述甲醇裂解气的气流量为3～5L/min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗采用盐酸水溶液，所述盐酸水溶液的质量浓度为10％～15％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗的时间为15～20min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷化的温度为70～80℃，时间为8～10分钟。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷化的总酸度为20～30。