CN111842533A - 一种高强高韧精密钢管的生产方法 - Google Patents

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冯辉
李代弟
吕珺
汪冬梅
华仁祥
黄�俊
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Hefei University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种高强高韧精密钢管的生产方法，具体步骤如下：采用热轧态钢管作为原材料，经过磷化、皂化前处理后，再通过冷拔工艺、并切割至所需尺寸，然后进行调质热处理，最后通过精镗达到尺寸及表面粗糙度要求，从而实现高强高韧精密钢管的生产。本发明一种高强高韧精密钢管的生产方法，步骤简单、便捷，生产效率高，结合冷拔和调质工艺，解决了精密钢管镗内孔成本高、材料利用率低、而冷拔钢管性能稍差的难点，通过本发明方法所生产的精密钢管，材料利用率高达95％以上，屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥900MPa，室温冲击韧性≥150J/cm2，实现了高强高韧精密钢管的生产。

Description

一种高强高韧精密钢管的生产方法
技术领域
本发明涉及金属材料生产方法技术领域，具体为一种高强高韧精密钢管的生产方法。
背景技术
缸筒系液压设备的主要部件，其强度、刚度、配合公差和形位公差以及内表面粗糙度是保持液压缸内密封性、运动平稳性和耐用性的基本条件。我国九十年代以来随着高精密冷拔钢管的问世，液压缸的缸筒也由调质钢结合机加工的传统制造工艺逐步过渡到采用高精度冷拔钢管制造。随着我国工程机械、冶金设备、矿山机械和农林机械等行业的高速发展，液压元件的市场需求正在不断快速扩大。
常用的两种工艺中，热轧钢管经调质+粗镗工艺后，可以获得较高的力学性能，但是内孔加工余量大，加工成本高，材料的利用率也较低，仅为75％左右；而冷拔工艺具有较高的材料利用率，但冷拔导致的加工硬化现象必然降低钢管的力学性能，尤其体现在屈服强度和冲击韧性方面，传统的冷拔结合退火工艺并不能解决其冲击韧性较低的现象。因此，进行高强高韧精密钢管的生产方法改进，对于同时兼顾生产成本和性能要求意义重大。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高强高韧精密钢管的生产方法，以解决以上缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强高韧精密钢管的生产方法，具体步骤如下：采用热轧态钢管作为原材料，经过磷化、皂化前处理后，再通过冷拔工艺、并切割至所需尺寸，然后进行调质热处理，最后通过精镗达到尺寸及表面粗糙度要求，从而实现高强高韧精密钢管的生产。
优选地，所述调质热处理，其具体步骤为：
S1、将冷拔并切割后的钢管，加热至880～920℃，经保温1～3h后，水冷至180℃～220℃，最后出水空冷至室温；
S2、再对空冷至室温的钢管，进行高温回火，回火温度为450～600℃，保温时间为1～4h，回火保温结束后，出炉空冷至室温，从而完成对钢管的调质热处理步骤。
优选地，所述原材料热轧态钢管，具体为热轧空冷状态的27SiMn钢管。
优选地，所述磷化、皂化前处理，其具体步骤为：首先将原材料热轧态钢管，采用酸洗除锈；然后置入磷化池进行磷化，在钢管表面形成软化层；最后，置入皂化池进行皂化，从而实现钢管的磷化、皂化前处理过程；
优选地，所述磷化和皂化的时间，均控制在15～30min。
优选地，所述冷拔工艺，其具体为：通过拉拔模具，在保持钢管外径尺寸基本不变的前提下，使钢管厚度减薄至产品所需尺寸。
本发明的有益效果在于：
本发明一种高强高韧精密钢管的生产方法，步骤简单、便捷，生产效率高，结合冷拔和调质工艺，解决了精密钢管镗内孔成本高、材料利用率低、而冷拔钢管性能稍差的难点，通过本发明方法所生产的精密钢管，材料利用率高达95％以上，屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥900MPa，室温冲击韧性≥150J/cm2，实现了高强高韧精密钢管的生产。
附图说明
图1：本发明实施例中钢管在调质热处理前、后的金相组织图；
图2：本发明实施例中钢管在调质热处理前、后的拉伸试验载荷—位移曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，仅仅是对本发明构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应视为落入本发明的保护范围。
为了便于本领域技术人员理解，下面结合具体实施例对本发明内容作进一步的说明。
实施例1：
一种高强高韧精密钢管的生产方法，具体步骤如下：
(1)磷化、皂化前处理：采用热轧空冷状态的27SiMn钢管作为原材料，毛坯管尺寸为102×14mm(外径102mm，壁厚14mm)，首先采用酸洗除锈后，然后置入磷化池进行磷化处理20min，在钢管表面形成软化层；最后，置入皂化池进行皂化处理20min，从而实现钢管的磷化、皂化前处理过程。
(2)冷拔工艺处理：采用冷拔工艺，将经磷化、皂化前处理的钢管，通过拉拔模具，在保持钢管外径尺寸基本不变的前提下，使钢管厚度减薄至产品所需尺寸。本次钢管经单道次拉拔至102×11.3mm尺寸。
(3)调质热处理：对冷拔工艺处理的钢管，进行调质热处理，其具体步骤为：
S1、将冷拔并切割后的钢管，加热至900℃，经保温3h后，水冷至200℃，最后出水空冷至室温；
S2、再对空冷至室温的钢管，进行高温回火，回火温度为530℃，保温时间为2h，回火保温结束后，出炉空冷至室温，从而完成对钢管的调质热处理步骤。
(4)精镗处理：最后将调质热处理后的钢管，通过精镗实现最终产品尺寸102×11mm，并达到表面粗糙度要求，从而实现高强高韧精密钢管的生产。
实施例2：
一种高强高韧精密钢管的生产方法，具体步骤如下：
(1)磷化、皂化前处理：采用热轧空冷状态的27SiMn钢管作为原材料，毛坯管尺寸为102×14mm(外径102mm，壁厚14mm)，首先采用酸洗除锈后，然后置入磷化池进行磷化处理15min，在钢管表面形成软化层；最后，置入皂化池进行皂化处理30min，从而实现钢管的磷化、皂化前处理过程。
(2)冷拔工艺处理：采用冷拔工艺，将经磷化、皂化前处理的钢管，通过拉拔模具，在保持钢管外径尺寸基本不变的前提下，使钢管厚度减薄至产品所需尺寸。本次钢管经单道次拉拔至102×11.3mm尺寸。
(3)调质热处理：对冷拔工艺处理的钢管，进行调质热处理，其具体步骤为：
S1、将冷拔并切割后的钢管，加热至880℃，经保温2.5h后，水冷至180℃，最后出水空冷至室温；
S2、再对空冷至室温的钢管，进行高温回火，回火温度为600℃，保温时间为1h，回火保温结束后，出炉空冷至室温，从而完成对钢管的调质热处理步骤。
(4)精镗处理：最后将调质热处理后的钢管，通过精镗实现最终产品尺寸102×11mm，并达到表面粗糙度要求，从而实现高强高韧精密钢管的生产。
实施例3：
一种高强高韧精密钢管的生产方法，具体步骤如下：
(1)磷化、皂化前处理：采用热轧空冷状态的27SiMn钢管作为原材料，毛坯管尺寸为102×14mm(外径102mm，壁厚14mm)，首先采用酸洗除锈后，然后置入磷化池进行磷化处理30min，在钢管表面形成软化层；最后，置入皂化池进行皂化处理15min，从而实现钢管的磷化、皂化前处理过程。
(2)冷拔工艺处理：采用冷拔工艺，将经磷化、皂化前处理的钢管，通过拉拔模具，在保持钢管外径尺寸基本不变的前提下，使钢管厚度减薄至产品所需尺寸。本次钢管经单道次拉拔至102×11.3mm尺寸。
(3)调质热处理：对冷拔工艺处理的钢管，进行调质热处理，其具体步骤为：
S1、将冷拔并切割后的钢管，加热至920℃，经保温1h后，水冷至220℃，最后出水空冷至室温；
S2、再对空冷至室温的钢管，进行高温回火，回火温度为450℃，保温时间为4h，回火保温结束后，出炉空冷至室温，从而完成对钢管的调质热处理步骤。
(4)精镗处理：最后将调质热处理后的钢管，通过精镗实现最终产品尺寸102×11mm，并达到表面粗糙度要求，从而实现高强高韧精密钢管的生产。
通过实施例1～3可知，本发明的一种高强高韧精密钢管的生产方法，步骤简单、便捷，生产效率高，结合冷拔和调质工艺，解决了精密钢管镗内孔成本高、材料利用率低、而冷拔钢管性能稍差的难点。
以实施例1为例，以下进行简要说明：
如图1所示，为本发明实施例中钢管在调质热处理前、后的金相组织图，其中(a)为调质热处理前(即冷拔工艺处理后)的金相组织图，(b)为经冷拔工艺处理、以及调质热处理后的金相组织图。
如图2所示，为本发明实施例中钢管在调质热处理前、后的拉伸试验载荷—位移曲线图。
由图1、图2可知：冷拔钢管的组织为变形的铁素体+珠光体组织，经过调质处理后为均匀细小的回火索氏体组织，组织的转变是获得高屈服强度的关键。由图2可知冷拔后钢管的抗拉强度略高，但屈服强度和塑性变形能力较差；冷拔+调质处理后，抗拉强度略有降低，但屈服强度和塑性明显提高，达到高强高韧精密钢管的性能要求。
对实施例1所制备的精密钢管进行检测测试，测得其硬度为26HRC，抗拉强度为910MPa，屈服强度620MPa，室温冲击韧性为162J/cm2。
同理，对实施例1～3所述的一种高强高韧精密钢管的生产方法生产制备的精密钢管，分别进行检测测试，经过多次检测，可知所生产的精密钢管，材料利用率高达95％以上，屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥900MPa，室温冲击韧性≥150J/cm2，解决了精密钢管镗内孔成本高、材料利用率低、而冷拔钢管性能稍差的缺点，实现了高强高韧精密钢管的生产。
上述是对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强高韧精密钢管的生产方法，其特征在于，具体步骤如下：采用热轧态钢管作为原材料，经过磷化、皂化前处理后，再通过冷拔工艺、并切割至所需尺寸，然后进行调质热处理，最后通过精镗达到尺寸及表面粗糙度要求，从而实现高强高韧精密钢管的生产。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧精密钢管的生产方法，其特征在于，所述调质热处理，其具体步骤为：
S1、将冷拔并切割后的钢管，加热至880～920℃，经保温1～3h后，水冷至180℃～220℃，最后出水空冷至室温；
S2、再对空冷至室温的钢管，进行高温回火，回火温度为450～600℃，保温时间为1～4h，回火保温结束后，出炉空冷至室温，从而完成对钢管的调质热处理步骤。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧精密钢管的生产方法，其特征在于，所述原材料热轧态钢管，具体为热轧空冷状态的27SiMn钢管。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧精密钢管的生产方法，其特征在于，所述磷化、皂化前处理，其具体步骤为：首先将原材料热轧态钢管，采用酸洗除锈；然后置入磷化池进行磷化，在钢管表面形成软化层；最后，置入皂化池进行皂化，从而实现钢管的磷化、皂化前处理过程。
5.根据权利要求1或4所述的一种高强高韧精密钢管的生产方法，其特征在于，所述磷化和皂化的时间，均控制在15～30min。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧精密钢管的生产方法，其特征在于，所述冷拔工艺，其具体为：通过拉拔模具，在保持钢管外径尺寸基本不变的前提下，使钢管厚度减薄至产品所需尺寸。
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