CN111672927B - 一种表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，包括以下步骤：检验冷拉前钢坯料：挑选质量、硬度合格，且表面脱碳的钢坯料；完全磨除钢坯料表面的脱碳层；碱洗去除脱碳层的钢坯料，去除表面油污和磨屑粉；将碱洗后的钢坯料依次进行磷化、皂化、干燥处理；对干燥后的钢坯料进行轧尖、拉拔、矫直，得所述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢。本发明的有益效果为：本发明将脱碳层的磨削设置于拉拔工序之前，可以省略冷拉前的酸洗工艺，同时可以避免拉拔后车削或磨削带来的尺寸精度和尺寸散差问题，本发明简化了工艺、提高了生成效率、减少了环境污染、增加了产品尺寸精度和产品合格率。

Description

一种表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法。
背景技术
钢在热加工或热处理时，在一定温度下的炉内氧化气氛作用后，钢表层的基体中失去了全部或部分碳，造成钢材表面的碳含量比内部少，形成了全脱碳层和部分脱碳层。全脱碳层和部分脱碳层的组织存在与基体组织有差异的区域，表面脱碳是钢材常见的表面缺陷，将导致钢的表面和内部性能不一样，从而降低钢的疲劳寿命。如冷拔轴承钢圆钢是直接加工成轴承滚动体，脱碳层将使热处理后的表面硬度降低或不匀，将降低轴承在运行过程中的耐磨性，或甚至产生裂纹而失效。故消除冷拔特殊钢表面脱碳层一直是特殊钢制造企业关注的重点，在相关技术标准中对钢材的脱碳层均有规定。传统的生产方法采用原材料冷拔后磨削和车削的方法获得表面无脱碳层的冷拔特殊钢钢材。
传统的表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法存在以下不足：
1、冷拉坯料通过酸洗方法去除表面氧化皮，酸洗方法使用硫酸，将污染环境，腐蚀钢铁物资，危害人体健康，环保资金投入很大。
2、采用拉拔后车削或磨削的方法去除表面脱碳层，一方面车削后降低钢材尺寸精度，长度方向上尺寸散差大，将导致用户下料不均，填充不足或进不了模子，另一方面磨削后存在成品材表面烧伤或啃伤的风险。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种解决现有酸洗方法去除表面氧化皮及拉拔后车削和磨削去除表面脱碳层降低特殊钢钢材尺寸精度和尺寸散差，及消除成品材表面烧伤或啃伤的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下制造方法的步骤：
一种表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，包括以下步骤：
(1)检验冷拉前钢坯料：挑选质量、硬度合格，且表面脱碳的钢坯料；
(2)完全磨除钢坯料表面的脱碳层；
(3)碱洗去除脱碳层的钢坯料，去除表面油污和磨屑粉；
(4)将碱洗后的钢坯料依次进行磷化、皂化、干燥处理；
(5)对干燥后的钢坯料进行轧尖、拉拔、矫直，得所述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，步骤(1)中所述的质量合格是指钢坯料表面无裂纹、折叠等缺陷；硬度合格是指钢坯料的硬度达到相应钢种的标准要求，比如轴承钢GCr15，球化退火后的硬度要求为179-207HBW。
本发明所述冷拔特殊钢圆钢是指由任何特殊钢种经冷拔工序制备而成的圆形钢材，比如轴承钢、线材、丝材、无缝钢管等。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(2)中，先采用GB/T224检测方法测定钢坯料的脱碳层深度，以确定钢坯料磨除的最小深度，采用无芯磨床或车床磨除钢坯料表面的脱碳层；优选地，采用单道次或多道次磨除钢坯料表面的脱碳层；更优选地，经磨除钢坯料脱碳层后，所得钢坯料的表面粗糙度Ra≤6.3um，以防止表面粗糙度过大拉拔后会产生一圈圈的折痕，严重时变成折叠，导致产品合格率降低。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(3)中，所述碱洗采用的碱洗液的pH值为10-12，碱洗温度为60-90℃，碱洗保温时间为5-20min；优选地，所述碱洗液的成分为NaOH。
碱洗可以去除表面油污和磨屑粉，保证后面磷化和皂化处理的效果。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(4)中，清洗碱洗后的钢坯料，然后再进行磷化处理；优选地，所述清洗是将钢坯料放入清水槽中进行清洗；更优选地，采用高压水枪清洗钢坯料。即将钢坯料放入清水槽进行表面清洗，清除其表面的碱，也可以采用高压水枪清洗。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(4)中，所述磷化的温度为70-80℃，总酸度为30-40ml，在此条件下磷化的时间为3-4min；优选地，所述磷化液的成分为Zn(H2PO4)2。
磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(4)中，所述皂化的温度为65-85℃，脂肪酸30-80g/l，在此条件下皂化的时间为2-3min；优选地，所述皂化液为C17H35COONa与甘油的混合物。所述皂化液为皂肥皂成分。
钢坯料经皂化后，能在其表面形成硬脂酸锌，起到润滑的作用。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，所述制造方法还包括再结晶退火处理；步骤(5)中，钢坯料经拉拔处理后，再进行结晶退火处理，以增加钢材硬度使其满足所需要求。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(5)中，所述轧尖为在钢坯料的一端轧尖，轧尖尺寸比成品尺寸小0.10-0.50mm，轧尖后钢坯料的长度穿出模具50-70mm，以方便另外的拉拔机夹头牢固夹持。
轧尖尺寸是指轧尖部位处尺寸，成品尺寸是指最后的尺寸，轧尖尺寸必须要小于成品尺寸，主要是轧尖必须穿过模孔，模孔的尺寸即为成品尺寸大小，在这里“尺寸”指“直径”。
轧尖是利用轧尖机对金属线材轧压使之变尖的处理工艺。原材料的端部需经轧尖机轧小后穿过拉拔模孔，方可进行拉拔加工材料。
上述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，作为一种优选的实施方案，步骤(5)中，所述拉拔的减径量为1-2mm，拔制速度为5-9m/min。
拉拔是用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出，以获得相应的形状和尺寸的制品的一种塑性加工方法。
用户对硬度范围有要求的，则需根据检测的硬度制定再结晶退火工艺，钢材进入有保护气氛退火炉中进行低温去应力退火。若经过矫直后没有达到最终成品尺寸，则需要换模，并重复进行清洗、磷化、皂化、轧尖、拉拔、再结晶退火和矫直处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、取消酸洗方法，避免了酸洗对环境的污染和钢铁物资的腐蚀，减少了对人体的伤害，降低了企业对环保的成本。
2、采用无心磨床在拉拔前对特殊钢圆钢表面进行全脱碳去除处理，避免了拉拔后采用磨削或车削去除表面脱碳层而产生圆钢尺寸精度差和散差大的问题，降低了圆钢表面烧伤或啃伤的风险；本申请表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢能完全达到表面无脱碳层的要求，且钢材满足其他技术指标和外观尺寸要求。
3、拉拔后不需要进行特殊钢圆钢表面磨光或车光处理，保留了部分磷化面，如轴承钢则不需要再磷化可直接用于冷镦，同时尺寸精度高且散差小，为用户降低了成本，提高了生产率。
总之，本发明将脱碳层的磨削设置于拉拔工序之前，可以省略冷拉前的酸洗工艺，同时可以避免拉拔后车削或磨削带来的尺寸精度和尺寸散差问题，本发明简化了工艺、提高了生成效率、减少了环境污染、增加了产品尺寸精度和产品合格率。
附图说明
图1为本申请所述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解相同的含义。若存在矛盾，则以包括定义在内的本说明书为主。
以下实施例的工艺总体流程参见图1。
实施例1
按照要求取样检测冷拉前坯料钢材(型号：GCr15)的内部质量，其规格符合GB/T18254-2016的规定要求，并检测硬度和表面全脱碳层，有探伤条件时进行表面裂纹检测，挑出不合格的特殊钢圆钢坯料；
采用GB/T224的检测方法测定产品质量和硬度合格的特殊钢坯料全脱碳层深度，采用无芯磨床或车床单道次或多道次地逐步磨除表面的脱碳层，最后完全去除脱碳层，且钢坯料表面粗糙度在Ra≤6.3um；
将去除脱碳层后的钢坯料放入pH为12、温度为60℃的碱水槽中，钢坯料需完全被碱水浸没，并不时翻动钢坯料，以完全去除钢坯料表面的油污和磨屑粉，以保证后续能够磷化和皂化处理；
将碱洗后的钢坯料放入清水槽中进行表面清洗，并不时翻动钢坯料稀释其表面的碱性成分，也可采用高压水枪进行清洗，完全去除钢坯料表面的碱性成分；
将清洗后的钢坯料放入温度为70℃、总酸度为30％的磷化槽中磷化4min，磷化过程中要不时翻动钢材，以保证钢材表面磷化均匀；
将磷化完成后的钢坯料放入温度为65℃、脂肪酸为30g/l的皂化槽中，皂化3min，皂化过程中要不时翻动钢坯料，保证钢坯料表面皂化均匀，待皂化完成后，将钢坯料放在干燥的地方，使钢坯料表面的造化层完全干燥；
用专用的轧尖机对表面皂化后的钢坯料一端进行轧尖，轧尖尺寸比成品尺寸小0.10mm，轧后长度保证能穿出模具约50mm，为保证易于穿过模具，轧交表面要圆滑、尺寸要均匀；
轧尖后，将轧尖一端穿过模具孔，模具孔尺寸大小能保证此次减径量在1.5mm，拉拔机夹头夹持轧尖端后以拔制速度5m/min进行拉拔，直至尾端从模具孔中拉出，这样完成一次拉拔所要求的尺寸；对冷拔后的钢坯料进行矫直，满足标准弯曲度要求，该实施例得到的成品表面无脱碳层，表面无裂纹、折叠等缺陷。
实施例2
按照要求取样检测冷拉前坯料钢材(型号：GCr15)的内部质量，其规格符合GB/T18254-2016的规定要求，并检测硬度和表面全脱碳层，有探伤条件时进行表面裂纹检测，挑出不合格的特殊钢圆钢坯料；
采用GB/T224的检测方法测定特殊钢坯料全脱碳层深度，采用无芯磨床或车床单道次或多道次地逐步磨除表面的脱碳层，最后完全去除脱碳层，且钢坯料表面粗糙度在Ra≤6.3um；
将去除脱碳层后的钢坯料放入pH为11、温度为70℃的碱水槽中，钢坯料需完全被碱水浸没，并不时翻动钢坯料，以完全去除钢坯料表面的油污和磨屑粉，以保证后续能够磷化和皂化处理；
将碱洗后的钢坯料放入清水槽中进行表面清洗，并不时翻动钢坯料稀释其表面的碱性成分，也可采用高压水枪进行清洗，完全去除钢坯料表面的碱性成分；
将清洗后的钢坯料放入温度为75℃、总酸度为35％的磷化槽中磷化4min，磷化过程中要不时翻动钢材，以保证钢材表面磷化均匀；
将磷化完成后的钢坯料放入温度为70℃、脂肪酸为50g/l的皂化槽中，皂化2min，皂化过程中要不时翻动钢坯料，保证钢坯料表面皂化均匀，待皂化完成后，将钢坯料放在干燥的地方，使钢坯料表面的造化层完全干燥；
用专用的轧尖机对表面皂化后的钢坯料一端进行轧尖，轧尖尺寸比成品尺寸小0.30mm，轧后长度保证能穿出模具约60mm，为保证易于穿过模具，轧交表面要圆滑、尺寸要均匀；
轧尖后，将轧尖一端穿过模具孔，模具孔尺寸大小能保证此次减径量在1mm，拉拔机夹头夹持轧尖端后以拔制速度7m/min进行拉拔，直至尾端从模具孔中拉出，这样完成一次拉拔所要求的尺寸；对冷拔后的钢坯料进行矫直，满足标准弯曲度要求，该实施例得到的成品表面无脱碳层，表面无裂纹、折叠等缺陷。
实施例3
按照要求取样检测冷拉前坯料钢材(型号：GCr15)的内部质量，其规格符合GB/T18254-2016的规定要求，并检测硬度和表面全脱碳层，有探伤条件时进行表面裂纹检测，挑出不合格的特殊钢圆钢坯料；
采用GB/T224的检测方法测定特殊钢坯料全脱碳层深度，采用无芯磨床或车床单道次或多道次地逐步磨除表面的脱碳层，最后完全去除脱碳层，且钢坯料表面粗糙度在Ra6.3um以下；
将去除脱碳层后的钢坯料放入pH为10、温度为90℃的碱水槽中，钢坯料需完全被碱水浸没，并不时翻动钢坯料，以完全去除钢坯料表面的油污和磨屑粉，以保证后续能够磷化和皂化处理；
将碱洗后的钢坯料放入清水槽中进行表面清洗，并不时翻动钢坯料稀释其表面的碱性成分，也可采用高压水枪进行清洗，完全去除钢坯料表面的碱性成分；
将清洗后的钢坯料放入温度为80℃、总酸度为40％的磷化槽中磷化3min，磷化过程中要不时翻动钢材，以保证钢材表面磷化均匀；
将磷化完成后的钢坯料放入温度为85℃、脂肪酸为80g/l的皂化槽中，皂化2min，皂化过程中要不时翻动钢坯料，保证钢坯料表面皂化均匀，待皂化完成后，将钢坯料放在干燥的地方，使钢坯料表面的造化层完全干燥；
用专用的轧尖机对表面皂化后的钢坯料一端进行轧尖，轧尖尺寸比成品尺寸小0.50mm，轧后长度保证能穿出模具约70mm，为保证易于穿过模具，轧交表面要圆滑、尺寸要均匀；
轧尖后，将轧尖一端穿过模具孔，模具孔尺寸大小能保证此次减径量在2mm，拉拔机夹头夹持轧尖端后以拔制速度9m/min进行拉拔，直至尾端从模具孔中拉出，这样完成一次拉拔所要求的尺寸；对冷拔后的钢坯料进行矫直，满足标准弯曲度要求，该实施例得到的成品表面无脱碳层，表面无裂纹、折叠等缺陷。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）检验冷拉前钢坯料：挑选质量、硬度合格，且表面脱碳的钢坯料；
（2）完全磨除钢坯料表面的脱碳层；
（3）碱洗去除脱碳层的钢坯料，去除表面油污和磨屑粉；
（4）将碱洗后的钢坯料依次进行磷化、皂化、干燥处理；
（5）对干燥后的钢坯料进行轧尖、拉拔、矫直，得所述表面无脱碳层冷拔特殊钢圆钢；
步骤（1）中所述的质量合格是指钢坯料表面无裂纹、折叠缺陷；硬度合格是指钢坯料的硬度达到相应钢种的标准要求；
步骤（2）中，先采用GB/T224检测方法测定钢坯料的脱碳层深度，以确定钢坯料磨除的最小深度，采用无芯磨床或车床磨除钢坯料表面的脱碳层；经磨除钢坯料脱碳层后，所得钢坯料的表面粗糙度Ra≤6.3um；
步骤（4）中，所述磷化的温度为70-80℃，总酸度为30-40ml，在此条件下磷化的时间为3-4min；磷化液的成分为Zn(H2PO4)2；
步骤（4）中，所述皂化的温度为65-85℃，脂肪酸30-80g/l，在此条件下皂化的时间为2-3min；皂化液成分为C17H35COONa与甘油的混合物；
步骤（5）中，所述轧尖为在钢坯料的一端轧尖，轧尖尺寸比成品尺寸小0.10-0.50mm，轧尖后钢坯料的长度穿出模具50-70mm，以方便另外的拉拔机夹头牢固夹持；
步骤（5）中，所述拉拔的减径量为1-2mm，拔制速度为5-9m/min。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（2）中，采用单道次或多道次磨除钢坯料表面的脱碳层。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（3）中，所述碱洗采用的碱洗液的pH值为10-12，碱洗温度为60-90℃，碱洗保温时间为5-20min。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述碱洗液的成分为NaOH。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（4）中，清洗碱洗后的钢坯料，然后再进行磷化处理。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述清洗是将钢坯料放入清水槽中进行清洗。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，采用高压水枪清洗钢坯料。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（5）中，钢坯料经拉拔处理后，进行再结晶退火处理，以增加钢材硬度使其满足所需要求。
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