CN112195322A - 一种冷镦钢swch35k的零脱碳球化退火加热工艺 - Google Patents

一种冷镦钢swch35k的零脱碳球化退火加热工艺 Download PDF

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Abstract

一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺。本发明公开了(1)将SWCH35K冷镦钢进行酸洗；(2)将酸洗后的冷镦钢烘干；(3)将烘干后的冷镦钢放入球化退火炉内，通入氮气；(4)冷镦钢在球化退火炉内升温至550℃以上，并恒温，在恒温过程中向球化退火炉内输送保护气氛；(5)冷镦钢在球化退火炉内再次升温至730℃以上、并恒温；(6)冷镦钢恒温结束后缓冷；(7)冷镦钢在700℃恒温；(8)冷镦钢恒温结束后缓冷；(9)冷镦钢降温结束后，强制冷却至≤450℃；(10)将冷镦钢吊出自然冷却。本发明的优点是：通过冷镦钢在球化退火炉内的球化退火加热工艺调整，能够使冷镦钢的球化率高，得到的金相组织均匀，表面脱碳层和材料硬度符合标准。

Description

一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺
技术领域
本发明涉及冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺，属于金属热处理工艺领域。
背景技术
在紧固件行业冷镦钢球化退火十分普遍，线材冷镦前，将线材盘圆进行球化退火，降低钢材硬度，有利于线材拉拔，减轻生产过程中模具损耗，提高产品质量。SWCH35K为冷镦钢，具有优良的冷镦性能和力学性能，广泛用来生产8.8级高强螺栓。随着紧固件质量要求与国际接轨，对紧固件的检测工艺日趋严格，尤其对线材的球化退火质量要求十分苛刻。目前我国的球化退火工艺仍处于摸索阶段，存在一定的缺陷，主要问题为：1、金相组织不够均匀，球化等级不达标，硬度偏高；2、线材表面脱碳层不达标；优质线材仍然靠国外进口来满足国内生产高品质紧固件的生产。公开号为CN106011404A的中国发明公开了一种中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其方法工艺为：(1)冷拉变形：所述中低碳合金冷镦钢的合金钢丝进行变形量25％～40％的冷拉加工变形；(2)球化：经过冷拉变形的合金钢丝升温至Ac1+20～Ac1+30℃并保温，再降温至Ac1±20～Ac1±30℃并保温；(3)出炉：球化后的合金钢丝缓冷后出炉，该发明通过调整拉拔和球化工艺，增加冷却次数，使冷镦钢的球化退火方法得到改善，但拉拔工艺复杂，精确度控制程度难度高，需要进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺，通过调整冷镦钢的退火工艺，能够有效解决冷镦钢球化退火后质量不高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺，包括如下步骤，
(1)将SWCH35K冷镦钢进行酸洗，通过酸洗去除原材料表面的锈蚀、氧化皮、杂质等，提升原材料的质量，在酸洗中使用的酸洗溶液为浓度15％-25％的盐酸，也可以使用其他浓度适宜的酸性溶液代替，例如5％-20％的硫酸，酸洗后的冷镦钢还需要进行中和和水洗，完成原材料的初步处理；
(2)将酸洗后的所述冷镦钢烘干，将冷镦钢表面的残留水分烘干，便于进行后续球化退火步骤；
(3)将烘干后的所述冷镦钢放入球化退火炉内，通入氮气，同时打开排气阀，随炉升温至550-580℃，升温时间为180min，通入氮气代替氧气，保护加热环境，使冷镦钢在球化退火炉内均匀受热，防止冷镦钢氧化，影响成品质量；
(4)所述冷镦钢在球化退火炉内550-580℃恒温60min，恒温过程中向球化退火炉内输送保护气氛，使用保护气氛代替氮气，能够在冷镦钢加热环境稳定的情况下，利用保护气氛提高冷镦钢的材料性能，增加成品的硬度，防止材料表面脱碳；
(5)所述冷镦钢在球化退火炉内从550-580℃升温至730-740℃，升温时间为150-210min，恒温480min，使材料内部析出更多的渗碳体；
(6)所述冷镦钢恒温结束后缓冷至700℃，降温时间为180-240min，通过控温缓冷使冷镦钢材料内部的渗碳体产生分断、球化；
(7)所述冷镦钢在700℃恒温180min，提高球化率；
(8)所述冷镦钢恒温结束后缓冷至680℃，降温时间为120min，同时停止向所述球化退火炉内输送保护气氛，改为输送氮气，二次缓冷可使材料球化率提高至95％；
(9)所述冷镦钢降温结束后，强制冷却至≤450℃，并停止向所述球化退火炉内供入氮气；
(10)打开所述球化退火炉，将所述冷镦钢吊出自然冷却。
优选的，所述球化退火炉中设有氧浓度监测系统，当氧气体积浓度≤0.5％，停止向所述球化退火炉内供入氮气，将保护气氛送入所述球化退火炉中。
进一步的，所述氮气输送的流速调节范围为20-30m3/h。
进一步的，所述保护气氛的流速调节范围为10-15m3/h。
进一步的，所述保护气氛为甲醇裂解气，或者天然气催化分解气，帮助冷镦钢提升力学性能。
优选的，所述冷镦钢的烘干方式为热风干燥炉内烘干，烘干温度范围为80-120℃。
优选的，在步骤(6)和(8)中，所述冷镦钢降温速度为10-12℃/h。
优选的，所述强制冷却的方法为鼓风机降温。
与现有技术相比，本发明的优点是：
通过冷镦钢在球化退火炉内的球化退火加热工艺调整，能够使冷镦钢的球化率高，得到的金相组织均匀，表面脱碳层和材料硬度符合标准。
附图说明
图1为本发明中实施例一的金相组织图；
图2为本发明中实施例二的金相组织图；
图3为本发明中实施例三的金相组织图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺的实施例一，包括如下步骤，
球化退火炉的规格为φ3.2m*2.6m，原材料为SWCH35K冷镦钢线材盘。
(1)将SWCH35K冷镦钢进行酸洗，使用浓度为25％的盐酸对冷镦钢进行酸洗，去除原材料表面的锈蚀、氧化皮、杂质，酸洗后再进行中和和水洗，去除残留的酸溶液；
(2)将酸洗后的冷镦钢烘干，冷镦钢在热风干燥炉内烘干，烘干温度为120℃；
(3)将烘干后的冷镦钢放入球化退火炉内，通入氮气，同时打开排气阀，随炉升温至580℃，升温时间为180min，氮气的流量为30Nm3/h，排气阀的流速为3Nm/s，通入氮气能够减少球化退火炉内的氧气比例，使冷镦钢不会造成氧化，氮气还能够使冷镦钢在球化退火炉内均匀受热，保护加热环境；
(4)冷镦钢在球化退火炉内580℃恒温60min，恒温过程中向球化退火炉内输送保护气氛，在球化退火炉中设有氧浓度监测系统，当氧气体积浓度≤0.5％，停止向炉内供入氮气，将保护气氛送入所述球化退火炉中，保护气氛选用甲醇裂解气或者天然气催化分解气，保护气氛的流速为15Nm3/h，通入保护气氛用以提高冷镦钢的材料性能，增加材料的硬度，防止材料表面脱碳，并且不会影响冷镦钢均匀受热的加热环境；
(5)冷镦钢在球化退火炉内从580℃升温至740℃，升温时间为150min，在740℃恒温480min，这个过程能够使材料内部析出更多渗碳体，为下一步球化转变做准备；
(6)冷镦钢恒温结束后缓冷至700℃，降温时间为240min，降温的速度控制在10℃/h，控温缓冷能够帮助材料内部的渗碳体稳定分断、球化；
(7)冷镦钢在700℃恒温180min，使球化退火炉内材料温度均匀化，提高了球化率；
(8)冷镦钢恒温结束后缓冷至680℃，降温时间为120min，同时停止向球化退火炉内输送保护气氛，改为输送氮气，氮气的流速为25Nm3/h，降温速度仍为10℃/h，增加这一步缓冷的目的在于使冷镦钢的球化率提高至95％，并且使用氮气替换炉内的保护气氛，防止材料氧化，有利于提高成品的质量；
(9)冷镦钢降温结束后，强制冷却至≤450℃，并停止向球化退火炉内供入氮气，强制冷却的方式为鼓风机送风降温，风温为常温，风速5000Nm3/h；
(10)打开球化退火炉，将冷镦钢吊出自然冷却。
通过上述工艺加工冷镦钢，得到如图1的金相组织图，可以看出，本实施例中的冷镦钢内部组织细化程度高，粒状渗碳体分布均匀，球化等级达到6级，材料芯部硬度≤70HRB，表面脱碳层≤12μm，达到零脱碳标准。
本发明一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺的实施例二，包括如下步骤，
球化退火炉的规格为φ3.2m*2.6m，原材料为SWCH35K冷镦钢线材盘。
(1)将SWCH35K冷镦钢进行酸洗，使用浓度为20％的盐酸对冷镦钢进行酸洗，去除原材料表面的锈蚀、氧化皮、杂质，酸洗后再进行中和和水洗，去除残留的酸溶液；
(2)将酸洗后的冷镦钢烘干，冷镦钢在热风干燥炉内烘干，烘干温度为100℃；
(3)将烘干后的冷镦钢放入球化退火炉内，通入氮气，同时打开排气阀，随炉升温至560℃，升温时间为180min，氮气的流量为25Nm3/h，排气阀的流速为2.5m/s，通入氮气能够减少球化退火炉内的氧气比例，使冷镦钢不会造成氧化，氮气还能够使冷镦钢在球化退火炉内均匀受热，保护加热环境；
(4)冷镦钢在球化退火炉内560℃恒温60min，恒温过程中向球化退火炉内输送保护气氛，在球化退火炉中设有氧浓度监测系统，当氧气体积浓度≤0.5％，停止向炉内供入氮气，将保护气氛送入所述球化退火炉中，保护气氛选用甲醇裂解气或者天然气催化分解气，保护气氛的流速为13Nm3/h，通入保护气氛用以提高冷镦钢的材料性能，增加材料的硬度，防止材料表面脱碳，并且不会影响冷镦钢均匀受热的加热环境；
(5)冷镦钢在球化退火炉内从560℃升温至735℃，升温时间为160min，在735℃恒温480min，这个过程能够使材料内部析出更多渗碳体，为下一步球化转变做准备；
(6)冷镦钢恒温结束后缓冷至700℃，降温时间为210min，降温的速度控制在12℃/h，控温缓冷能够帮助材料内部的渗碳体稳定分断、球化；
(7)冷镦钢在700℃恒温180min，使球化退火炉内材料温度均匀化，提高了球化率；
(8)冷镦钢恒温结束后缓冷至680℃，降温时间为120min，同时停止向球化退火炉内输送保护气氛，改为输送氮气，氮气的流速为25m3/h，降温速度为12℃/h，增加这一步缓冷的目的在于使冷镦钢的球化率提高至95％，并且使用氮气替换炉内的保护气氛，防止材料氧化，有利于提高成品的质量；
(9)冷镦钢降温结束后，强制冷却至≤450℃，并停止向球化退火炉内供入氮气，强制冷却的方式为鼓风机送风降温，风温为常温，风速4500Nm3/h；
(10)打开球化退火炉，将冷镦钢吊出自然冷却。
通过上述工艺加工冷镦钢，得到如图2的金相组织图，可以看出，本实施例中的冷镦钢内部组织细化程度中等，粒状渗碳体分布与实施例一相比，均匀程度稍弱，球化等级达到5级，材料芯部硬度≤72HRB，表面脱碳层≤18μm，也达到了零脱碳标准。
本发明一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺的实施例三，包括如下步骤，
球化退火炉的规格为φ3.2m*2.6m，原材料为SWCH35K冷镦钢线材盘。
(1)将SWCH35K冷镦钢进行酸洗，使用浓度为15％的盐酸对冷镦钢进行酸洗，去除原材料表面的锈蚀、氧化皮、杂质，酸洗后再进行中和和水洗，去除残留的酸溶液；
(2)将酸洗后的冷镦钢烘干，冷镦钢在热风干燥炉内烘干，烘干温度为80℃；
(3)将烘干后的冷镦钢放入球化退火炉内，通入氮气，同时打开排气阀，随炉升温至550℃，升温时间为180min，氮气的流量为20Nm3/h，排气阀的流速为2Nm/s，通入氮气能够减少球化退火炉内的氧气比例，使冷镦钢不会造成氧化，氮气还能够使冷镦钢在球化退火炉内均匀受热，保护加热环境；
(4)冷镦钢在球化退火炉内550℃恒温60min，恒温过程中向球化退火炉内输送保护气氛，在球化退火炉中设有氧浓度监测系统，当氧气体积浓度≤0.5％，停止向炉内供入氮气，将保护气氛送入所述球化退火炉中，保护气氛选用甲醇裂解气或者天然气催化分解气，保护气氛的流速为10Nm3/h，通入保护气氛用以提高冷镦钢的材料性能，增加材料的硬度，防止材料表面脱碳，并且不会影响冷镦钢均匀受热的加热环境；
(5)冷镦钢在球化退火炉内从550℃升温至730℃，升温时间为180min，在730℃恒温480min，这个过程能够使材料内部析出更多渗碳体，为下一步球化转变做准备；
(6)冷镦钢恒温结束后缓冷至700℃，降温时间为180min，降温的速度控制在11℃/h，控温缓冷能够帮助材料内部的渗碳体稳定分断、球化；
(7)冷镦钢在700℃恒温180min，使球化退火炉内材料温度均匀化，提高了球化率；
(8)冷镦钢恒温结束后缓冷至680℃，降温时间为120min，同时停止向球化退火炉内输送保护气氛，改为输送氮气，氮气的流速为20m3/h，降温速度为11℃/h，增加这一步缓冷的目的在于使冷镦钢的球化率提高至95％，并且使用氮气替换炉内的保护气氛，防止材料氧化，有利于提高成品的质量；
(9)冷镦钢降温结束后，强制冷却至≤450℃，并停止向球化退火炉内供入氮气，强制冷却的方式为鼓风机送风降温，风温为常温，风速4000Nm3/h；
(10)打开球化退火炉，将冷镦钢吊出自然冷却。
通过上述工艺加工冷镦钢，得到如图3的金相组织图，可以看出，本实施例中的冷镦钢内部组织细化程度中等，粒状渗碳体分布与实施例一相比，较不均匀，球化等级达到4.5级，材料芯部硬度为≤75HRB，表面脱碳层26μm，同样达到零脱碳标准。
表1 SWCH35K冷镦钢在不同工艺条件下得到的成品参数
球化等级 材料芯部硬度 表面脱碳层
实施例一 6级 70HRB ≤12μm
实施例二 5级 73HRB ≤18μm
实施例三 4.5级 75HRB 26μm
综上所述，实施例一中的冷镦钢在球化退火加热后得到的金相组织最好，质量最高，实施例二和实施例三虽然没有达到实施例一的均匀程度，但仍符合标准，为质量合格的产品，说明在本工艺的加工下，SWCH35K冷镦钢的球化退火加热后质量得到了提高，球化等级、硬度和表面脱碳层都达到了标准，能够得到优质的冷镦钢材料。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种冷镦钢SWCH35K的零脱碳球化退火加热工艺，其特征在于：包括如下步骤，
(1)将SWCH35K冷镦钢进行酸洗；
(2)将酸洗后的所述冷镦钢烘干；
(3)将烘干后的所述冷镦钢放入球化退火炉内，通入氮气，同时打开排气阀，随炉升温至550-580℃，升温时间为180min；
(4)所述冷镦钢在球化退火炉内550-580℃恒温60min，恒温过程中向球化退火炉内输送保护气氛；
(5)所述冷镦钢在所述球化退火炉内从550-580℃升温至730-740℃，升温时间为150-210min，恒温480min；
(6)所述冷镦钢恒温结束后缓冷至700℃，降温时间为180-240min；
(7)所述冷镦钢在700℃恒温180min；
(8)所述冷镦钢恒温结束后缓冷至680℃，降温时间为120min，同时停止向所述球化退火炉内输送保护气氛，改为输送氮气；
(9)所述冷镦钢降温结束后，强制冷却至≤450℃，并停止向所述球化退火炉内供入氮气；
(10)打开所述球化退火炉，将所述冷镦钢吊出自然冷却。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤(4)中，所述球化退火炉中设有氧浓度监测系统，当氧气体积浓度≤0.5％，停止向所述球化退火炉内供入氮气，将保护气氛送入所述球化退火炉中。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述氮气输送的流速调节范围为20-30m3/h。
4.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：所述保护气氛的流速调节范围为10-15m3/h。
5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于：所述保护气氛为甲醇高温裂解气，或者天然气催化分解气。
6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤(1)中，酸洗溶液为浓度15％-25％盐酸。
7.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤(2)中，所述冷镦钢的烘干方式为热风干燥炉内烘干，烘干温度范围为80-120℃。
8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤(3)中，所述排气阀的流速为1.5-3m/s。
9.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：在步骤(6)和(8)中，所述冷镦钢降温速度为10-12℃/h。
10.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述强制冷却的方法为鼓风机降温。
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