CN111690800B - 拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用，所述拉丝机塔轮用钢的制备方法包括，将钴高速钢依次进行奥氏体化、气冷、盐浴冷和回火，获得拉丝机塔轮用钢；所述钴高速钢由如下质量分数的化学组分组成：C：1.00～1.15，Si≤0.65，Mn≤0.40，P≤0.030，S≤0.030，Cr：3.50～4.50％，V：0.95～1.35％，W：1.15～1.85％，Mo：9.0～10.0％，Co：7.50～8.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。本方法制备的拉丝机塔轮用钢制成的拉丝机塔轮耐磨性良好，应用于翻转油浸式水箱拉丝机、喷油式拉丝机和翻转喷油式拉丝机中，拔制铁铬铝、镍铬类合金丝，使用寿命提升至10000～13000小时，大大提高了生产效率和产品质量；将本申请的拉丝机塔轮应用至生产中，吨钢消耗下降了5～10倍，效果直观，经济效益高。

Description

拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用
技术领域
本发明属于拉丝机塔轮制备技术领域，特别涉及拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用。
背景技术
拉丝机是一种金属线材拉拔装置，拉丝机塔轮是多个不同直径的同轴圆柱卷筒组成，在使用过程中，电机驱动塔轮旋转，塔轮带动拉丝模孔的钢丝进行拉拔。
目前，现有工艺采用45钢+热喷涂碳化钨形式生产塔轮，这种塔轮在使用了1个月时，表面就已经出现深度0.05～0.1mm的沟痕，使用至2～3个月后，沟痕逐渐增大，最深的已经有0.4～0.8mm的深度，由于沟痕的出现，在线材生产过程中，经常性出现卡线、断丝、表面擦伤等情况的发生，极大的影响了生产效率以及产品质量。
发明内容
本发明提供了拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用，以解决现有技术中采用45钢+热喷涂碳化钨形式生产塔轮，寿命低，在短时间内就会出现很深的沟痕，影响生产效率和产品质量的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，所述方法包括，
将钴高速钢依次进行奥氏体化、气冷、盐浴冷和回火，获得拉丝机塔轮用钢；
所述钴高速钢由如下质量分数的化学组分组成：C：1.00～1.15，Si≤0.65，Mn≤0.40，P≤0.030，S≤0.030，Cr：3.50～4.50％，V：0.95～1.35％，W：1.15～1.85％，Mo：9.0～10.0％，Co：7.50～8.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述奥氏体化温度为1170～1180℃。
进一步地，所述奥氏体化中，加热系数为10～15s/mm。
进一步地，所述气冷在9.95～10.05KPa真空压强下进行，所述气冷结束温度为500～550℃。
进一步地，所述盐浴冷开始温度为500～550℃，所述盐浴冷的冷却速率为10～15℃/s。
进一步地，所述回火温度为500～550℃，所述回火中，保温和冷却总时间为1～1.5小时；所述回火次数为3～4次。
第二方面，本发明实施例还提供了一种拉丝机塔轮用钢，由上述拉丝机塔轮用钢的制备方法制得。
第三方面，本发明实施例还提供了一种拉丝机塔轮，将上述的拉丝机塔轮用钢机械加工后制得。
第四方面，本发明实施例还提供了上述拉丝机塔轮的应用，将所述拉丝机塔轮用于拔制铁铬铝和镍铬合金丝。
第五方面，本发明实施例提供了上述拉丝机塔轮的应用，将所述拉丝机塔轮应用于翻转油浸式水箱拉丝机、喷油式拉丝机和翻转喷油式拉丝机中。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用，采用钴高速钢为原料，同时对其依次进行奥氏体化、气冷、盐浴冷和回火处理，通过将钴高速钢奥氏体化后依次进行气冷、盐浴冷和回火的方式，可使拉丝机塔轮用钢具有80～95％的马氏体组织和5～20％的奥氏体组织，这种处理工艺使拉丝机塔轮硬度达到HRC68～70，表面光洁度为0.4～0.8μm，耐磨性良好，使用寿命可达13000小时，大大提高了生产效率和产品质量。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，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的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本发明提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，所述方法包括，
将钴高速钢依次进行奥氏体化、气冷、盐浴冷和回火，获得拉丝机塔轮用钢；
所述钴高速钢由如下质量分数的化学组分组成：C：1.00～1.15，Si≤0.65，Mn≤0.40，P≤0.030，S≤0.030，Cr：3.50～4.50％，V：0.95～1.35％，W：1.15～1.85％，Mo：9.0～10.0％，Co：7.50～8.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。
采用钴高速钢为原料，同时配合将奥氏体化后的钢依次进行气冷、盐浴冷和回火处理，使拉丝机塔轮用钢具有80～95％的马氏体组织和5～20％的奥氏体组织，这种处理工艺使拉丝机塔轮硬度达到HRC68～70，表面光洁度为0.4～0.8μm，耐磨性良好，使用寿命可达13000小时，大大提高了生产效率和产品质量。
进一步地，所述奥氏体化温度为1170～1180℃。
奥氏体化温度时是影响热处理后的高钴韧性高速钢性能的敏感工序，在1170～1180℃范围内奥氏体化，可以获得韧性和硬度良好的拉丝机塔轮。奥氏体化温度过高，合金碳化物分解越多，会使材料的晶粒粗大，奥氏体化温度过低，碳化物溶入量少，奥氏体化程度低，不利于提高钢的硬度。
钴高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，因为加入钴，其韧性较好。一般用来做刀具。由于其含有较多的合金元素，导致高速钢的导热性差，因此需要经过三级预热，将其进行三级预热，是为了使钢中索氏体向奥氏体转变在较低的温度范围预先进行，以减少相变应力和热应力，防止出现炸裂问题。高钴韧性高速钢加热奥氏体化可以采用三级预热进行，首先将高估韧性高速钢加热至600～650℃，保温后再加热至850～900℃，再次保温后加热至1000～1050℃，保温一段时间加热到1170～1180℃。
进一步地，所述奥氏体化中，加热系数为10～15s/mm。
进一步地，所述气冷在9.95～10.05KPa真空压强下进行，所述气冷结束温度为500～550℃。
在9.95～10.05KPa的真空压强下可实现可快速冷却，不会出现内应力，避免出现裂纹。防止在奥氏体化温度到550℃冷却的过程中析出碳化物，从而降低二次硬化能力和强韧性，甚至发生少量珠光体转变，显著降低硬度。气冷结束温度过高，可能会析出碳化物，降低奥氏体和进度，从而影响钢的硬度，如果碳化物沿晶界析出，还会降低钢的韧性；气冷结束温度过低，会产生较大残余应力，提高钢芯部脆性，降低了含钴韧性，增加了开裂的可能。
进一步地，所述盐浴冷开始温度为500～550℃，所述盐浴冷的冷却速率为10～15℃/s。合适的盐浴冷却温度能有效控制该钢种的晶粒度，温度过高或过低都会造成晶粒度过大或过小，均降低了材料的韧性。
本申请中盐溶液的溶质包括但不限于如下任意一种：氯化钠、氯化钾、氯化钡、氰化钠、氰化钾、硝酸钠、硝酸钾。
进一步地，所述回火温度为500～550℃，所述回火中，保温和冷却总时间为1小时；所述回火次数为3～4次。
经过3～4次回火，可以消除残留的奥氏体，转变为体积分数为80～95％的马氏体，逐步提高材料的硬度；同时可以使二次碳化物弥散分布，进一步的提高硬度。回火温度过高，将造成组织内残留奥氏体在回火中析出碳化物，该组织压力松弛，呈不稳定状态，并且温度过高使晶粒重新长大，造成硬度以及红硬性降低，回火温度过低，会导致组织内奥氏体向马氏体转化不充分，导致硬度降低。
经过保温和冷却，使材料转变为马氏体组织，提高硬度。本申请中冷却是随炉空冷。
第二方面，本发明实施例提供了一种拉丝机塔轮用钢，采用上述的拉丝机塔轮用钢制备方法制得。
第三方面，本发明实施例还提供了一种拉丝机塔轮，采用上述的拉丝机塔轮用钢进行机械加工后制得。
第四方面，本发明实施例还提供了上述拉丝机塔轮的应用，将所述拉丝机塔轮用于拔制铁铬铝和镍铬合金丝。
第五方面，本发明实施例提供了上述拉丝机塔轮的应用，将所述拉丝机塔轮应用于翻转油浸式水箱拉丝机、喷油式拉丝机和翻转喷油式拉丝机中。
本申请公开了拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用，采用钴高速钢作为原料，经过特定的奥氏体化温度配合特定的冷却和回火工艺，使机械加工后的拉丝机塔轮具有80～95％的马氏体组织和5～20％的奥氏体组织，这种处理工艺使拉丝机塔轮硬度达到HRC68～70，表面粗糙度为0.4～0.8μm，耐磨性良好，应用于翻转油浸式水箱拉丝机、喷油式拉丝机和翻转喷油式拉丝机中，拔制铁铬铝、镍铬类合金丝，使用寿命提升至10000～13000小时，大大提高了生产效率和产品质量。相较于碳化钨塔轮、氧化锆陶瓷塔轮、轴承钢塔轮，本申请的高钴韧性高速钢拉丝机塔轮在成本费用上吨钢消耗下降了5～10倍，效果直观，经济效益高。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的拉丝机塔轮用钢及其制备方法、拉丝机塔轮及应用进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000041
国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用650℃，900℃，1050℃三级预热，加热系数K为10s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温20min，1050℃保温15min。加热至1180℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至550℃，然后置于550℃的氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后550℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例2
实施例2提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000042
国内牌号为W2Mo8Cr4V2Co8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用630℃，880℃，1030℃三级预热，加热系数K为13s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温20min，1050℃保温15min。加热至1175℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至530℃，然后置于530℃氰化钠盐溶液中以10℃s/s速率冷却至25℃。随后530℃回火4次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例3
实施例3提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000051
国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用610℃，860℃，1010℃三级预热，加热系数K为15s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温25min，1050℃保温15min。加热至1173℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至520℃，然后置于520℃氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后530℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例4
实施例4提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000052
国内牌号为W2Mo8Cr4V2Co8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用625℃，865℃，1025℃三级预热，加热系数K为10s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温20min，1050℃保温15min。加热至1178℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至530℃，然后在530℃的氯化钾盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后550℃回火4次，每次1小时，冷却方式为空冷。
实施例5
实施例5提供了一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000053
国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用630℃，870℃，1020℃三级预热，加热系数K为10s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温20min，1050℃保温15min。加热至1173℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至520℃，然后置于550℃的氯化钾盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后530℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
对比例1
使用45号钢为拉丝机塔轮原料，淬火处理后进行回火，并在表面喷涂碳化钨，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例2
用模具钢作为拉丝机塔轮原料，在真空状态下淬火处理后进行回火，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例3
采用M2高速钢(国内牌号W6Mo5Cr4V2)为拉丝机塔轮原料，在真空状态下淬火处理后进行回火，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例4
采用不锈钢1Cr13作为原料，在950℃渗硼处理15h后，随炉冷却。再在真空状态下加热至1020℃保温2h，在高压下气冷。随后进行200℃回火处理，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例5
采用模具钢DC53作为原料，在真空1020℃温度下淬火处理后，在630℃下高温回火，再进行HSK-G皮膜处理和抛光，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例6
以45号钢为原料，将烧结后的二氧化锆(ZrO)陶瓷镶在45号钢作为拉丝机塔轮进行使用。
对比例7
采用45号钢为原料，对其进行淬火、回火和表面喷涂碳化钨处理后，进行机械加工制得拉丝机塔轮。
对比例8
以轴承钢GCr15为原料，机械加工后制得拉丝机塔轮。
对比例9
为了研究奥氏体化温度超过本申请保护范围最大值的影响，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000061
国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用650℃，900℃，1050℃三级预热，加热系数K为10s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温20min，1050℃保温15min。加热至1250℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至600℃，然后置于600℃的氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后600℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
对比例10
为了研究奥氏体化温度低于本申请保护范围最小值的影响，对高钴韧性高速钢M42锻料(化学成分如表1，其余为Fe及不可避免的杂质)，厚度为
Figure BDA0002542021250000071
国内牌号为W2Mo9Cr4VCo8，进行表面粗加工，轮槽表面预留0.1～0.3mm的磨削加工余量，然后进行整体热处理，采用650℃，900℃，1050℃三级预热，加热系数K为10s/mm，其中，650℃保温30min，900℃保温20min，1050℃保温15min。加热至1100℃进行奥氏体化，真空10kPa压力气冷至430℃，然后置于430℃的氯化钠盐溶液中以10℃/s的速率冷却至25℃。随后430℃回火3次，每次1小时，冷却方式为空冷。
对比例11
为了研究本申请保护范围外的高速钢制作拉丝机塔轮的使用效果，以实施例1为参照，采用表1中化学成分的高速钢(其余为Fe及不可避免的杂质)替代实施例1中化学成分的高速钢，其中Co含量低于实施例1，为5.0％，其余与实施例1相同。
对本申请实施例1到实施例5、对比例10到对比例11制备的拉丝机塔轮用钢进行轮槽磨削加工，加工至表面粗糙度0.4以上，最后以表面为基准进行内孔的线切割，加工精度
Figure BDA0002542021250000072
并对其采用洛氏硬度计以及粗糙度测量仪设备进行硬度和光洁度检测，硬度和光洁度检测均为多点检测，并计算平均值，结果如表2所示。对比例1到对比例9的拉丝机塔轮采用洛氏硬度计以及粗糙度测量仪设备进行硬度和光洁度检测，硬度和光洁度检测均为多点检测，并计算平均值，结果如表2所示。将实施例1到实施例5，对比例1到对比例8的拉丝机塔轮应用至拉丝机中进行铁铬铝合金丝拔制，观察塔轮的使用情况。具体结果如表2所示。
表1
编号 C/％ Si/％ Mn/％ P/％ S/％ Cr/％ V/％ W/％ Mo/％ Co/％
实施例1 1.08 0.63 0.21 0.015 0.014 3.72 0.98 1.45 9.4 7.8
实施例2 1.15 0.55 0.23 0.017 0.016 3.86 1.28 1.34 9.2 7.6
实施例3 1.13 0.52 0.32 0.014 0.013 3.91 1.34 1.76 9.8 7.9
实施例4 1.07 0.48 0.40 0.013 0.015 4.38 1.13 1.63 9.3 8.4
实施例5 1.03 0.43 0.28 0.018 0.019 4.21 1.25 1.24 9.7 8.1
对比例9 1.10 0.50 0.33 0.012 0.013 3.91 1.24 1.66 9.6 7.9
对比例10 1.09 0.51 0.32 0.011 0.015 4.33 1.13 1.73 9.4 8.5
对比例11 1.11 0.53 0.31 0.012 0.013 3.95 1.21 1.65 9.5 5.0
表2
Figure BDA0002542021250000081
结合实际生产过程中的效益测算，本申请的拉丝机塔轮在使用1年的情况下，在成本费用上相较市面上常见的碳化钨塔轮、氧化锆陶瓷塔轮、轴承钢塔轮吨钢消耗下降了5-10倍，效果直观，经济效益高。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括，
将钴高速钢依次进行奥氏体化、气冷、盐浴冷和回火，获得拉丝机塔轮用钢，所述奥氏体化温度为1170～1180℃，所述气冷在9.95～10.05KPa真空压强下进行，所述气冷结束温度为500～550℃，所述盐浴冷开始温度为500～550℃，所述盐浴冷的冷却速率为10～15℃/s，所述回火温度为500～550℃，所述回火中，保温和冷却总时间为1～1.5小时；所述回火次数为3～4次；
所述钴高速钢由如下质量分数的化学组分组成：C：1.00～1.15％，Si≤0.65％，Mn≤0.40％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：3.50～4.50％，V：0.95～1.35％，W：1.15～1.85％，Mo：9.0～10.0％，Co：7.50～8.50％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种拉丝机塔轮用钢的制备方法，其特征在于，所述奥氏体化中，加热系数为10～15s/mm。
3.一种拉丝机塔轮用钢，其特征在于，采用权利要求1～2任一项所述拉丝机塔轮用钢的制备方法制得。
4.一种拉丝机塔轮，其特征在于，采用权利要求3所述的拉丝机塔轮用钢机械加工后制得。
5.一种拉丝机塔轮的应用，其特征在于，将权利要求4所述拉丝机塔轮用于拔制铁铬铝合金丝和镍铬合金丝。
6.一种拉丝机塔轮的应用，其特征在于，将权利要求4所述拉丝机塔轮应用于翻转油浸式水箱拉丝机、喷油式拉丝机和翻转喷油式拉丝机中。
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