CN112588846A - 一种冷镦用合金钢丝的生产工艺 - Google Patents

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李明扬
徐钦华
李超群
朱建新
宗永
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Abstract

本发明涉及一种冷镦用合金钢丝的生产工艺，选择合金钢丝作为原材料，依次经固溶处理、剥壳处理，后将经剥壳处理后的钢丝置于有磷化剂的磷化池内进行磷化处理，再置于有皂化剂的皂化池内进行皂化处理，最后进行拉拔得到冷镦用合金钢丝。本发明的冷镦用合金钢丝的生产工艺以耐高温合金钢丝作为原材料，经固溶、剥皮、磷化、皂化、拉拔处理，得到的冷镦用合金钢丝在650℃可达到600~780MPa的持久强度，还可以有效提高后续生产加工时所用的冷镦模具的使用寿命。

Description

一种冷镦用合金钢丝的生产工艺
技术领域
本发明属于金属线材技术领域，具体涉及一种冷墩用合金钢丝的生产工艺。
背景技术
冷镦用金属线材一般具有良好的冷加工性能及延展性，而汽车发动机系统用冷镦线材则对材料在一定温度和应力作用下的使用寿命提出了更高的要求。不锈钢线材因其具有良好的冷加工性能，且在400℃以下可长期工作，被广泛的应用于汽车发动机系统的紧固件领域，但随着汽车发动机排放标准的升级，对汽车发动机的燃油效率提出了更高的要求，这势必会带来发动机燃烧室工作温度的显著提高，汽车发动机系统用紧固件的工作温度也更高，对其采用的冷墩线材的耐高温工作能力也提出了更高的要求，普通的304HC等不锈钢线材难以满足发动机系统后续对紧固件工作温度和疲劳寿命的双重要求。
中国专利CN 110760749A公开了一种汽车发动机高压油管用无缝钢管及其制造方法，其主要通过Mn、及少量的V、Nb、Ni元素复合添加来提高钢的强度，同时通过冷加工强化，形成高密度的位错结构来保证C、Mn、Ni元素的强化作用，使无缝钢管具有较高的强度、抗冷镦开裂的性能，但其抗高温性能差，难以满足汽车机系统的工作温度，易出现报废，降低其使用寿命。
综上所述，开发出具有抗高温兼具使用寿命长的冷镦用合金钢丝具有很大的应用空间，意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷墩用合金钢丝的生产工艺，所得到的冷镦用合金钢丝具有抗高温，在高温具有优异的持久强度，使用寿命长，还有效提高后续生产加工时所用的冷镦模具的使用寿命。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种冷镦用合金钢丝的生产工艺，包括以下步骤：
S1：选择合金钢丝作为原材料。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理。
S3：剥壳处理，将经S2固溶处理后的钢丝通过刀头进行表面切削处理，切削至钢丝表面无黄黑色氧化皮为止。
S4：磷化处理，将经S3剥壳处理后的钢丝置于有磷化剂的磷化池内。
S5：皂化处理，将经S4磷化处理后的钢丝置于有皂化剂的皂化池内。
S6：将经S5皂化处理后的钢丝进行拉拔，变形量在5~20%。
优选的，S1步骤中所述合金钢丝为耐高温合金钢丝，耐高温的温度范围为550~650℃，按重量百分比计，其化学成分如下：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.0％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
优选的，所述合金钢丝中镍和铜的重量百分比为：24.5％≤镍≤27.0％，0.30％≤铜≤0.50％。
优选的，S2步骤中所述固溶处理中保护气氛为氩气，处理温度为900℃~1000℃，处理时间为4h，炉冷至300℃再通入氩气进行冷却，冷却至100℃以下出炉。
优选的，S3步骤中所述刀头的硬度大于37HRC。
优选的，S4步骤中所述磷化液为磷酸盐、硝酸盐、磷酸中的至少一种。
优选的，S4步骤中所述磷化处理时间为30~60min。
优选的，S5步骤中所述皂化剂为硬脂酸锌、硬脂酸钠中的至少一种，所述皂化池温度夏季为50~70℃，冬季为70~90℃。
优选的，S5步骤中所述皂化处理时间10~30min。
优选的，S6步骤中所述拉拔中使用粉末润滑剂，所述粉末润滑剂包括90~95%质量分数的硬脂酸钙。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用了一种耐高温合金钢丝作为原材料，经固溶、剥皮、磷化、皂化、拉拔处理后得到冷镦用合金钢丝，其在600℃可达到600~780MPa的持久强度；同时通过磷化和皂化处理，提升了线材在冷镦加工过程中的润滑性，还可以有效提高后续生产加工时所用的冷镦模具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中冷墩用合金钢丝的生产工艺的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的冷墩用合金钢丝的生产工艺的流程图。
实施例1
一种冷镦用合金钢丝的生产工艺，包括以下步骤：
S1：选择φ12mm的合金材料，其化学成分组成：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.5％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，0.30%≤铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为1000℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下出炉。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：磷化处理，将经S3处理后的线材放入磷化池内，磷化剂为磷酸，处理时间为45min。
S5：皂化处理，将经S4处理后的线材放入皂化池内，皂化剂为硬脂酸锌，处理时间为10min。
S6：将经S5处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
实施例2
S1：选择φ12mm的合金材料，其化学成分组成：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.5％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，0.30%≤铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为900℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下出炉。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：磷化处理，将经S3处理后的线材放入磷化池内，磷化剂为磷酸，处理时间为30min。
S5：皂化处理，将经S4处理后的线材放入皂化池内，皂化剂为硬脂酸锌，处理时间为10min。
S6：将经S5处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
实施例3
S1：选择φ12mm的合金材料，其化学成分组成：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.5％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，0.30%≤铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为900℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下取出。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：磷化处理，将经S3处理后的线材放入磷化池内，磷化剂为磷酸，处理时间为60min。
S5：皂化处理，将经S4处理后的线材放入皂化池内，皂化剂为硬脂酸锌，处理时间为30min。
S6：将经S5处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
对比例1
S1：选择φ12mm耐高温合金材料，其化学成分组成：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.5％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，0.30%≤铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为1000℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下取出。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：将经S5处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
对比例2
S1：选择φ12mm耐高温合金材料，其化学成分组成：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.5％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，0.30%≤铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为1000℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下取出。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：磷化处理，将经S3处理后的线材放入磷化池内，处理时间为15min。
S5：皂化处理，将经S4处理后的线材放入皂化池内，处理时间为5min。
S6：将经S5处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
对比例3
S1：选择φ12mm耐高温合金材料，其化学成分组成：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.5％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，0.30%≤铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为1000℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下取出。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：磷化处理，将经S3处理后的线材放入磷化池内，处理时间为90min。
S5：皂化处理，将经S4处理后的线材放入皂化池内，处理时间为60min。
S6：将经S5处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
对比例4
S1：选择φ12mm不锈钢材料，其化学成分组成：碳≤0.08％，锰≤2.00％，硅≤1.00％，18.0％≤铬≤20.0％，8.0％≤镍≤10.0％，硫＜0.030%，磷≤0.045％，1.00％≤铜≤3.00％，余量为铁及不比可避免的杂质。
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理，保护气氛为氩气，处理温度为1000℃，时间为4h，炉冷至300℃时向炉内吹氩气冷却至100℃以下取出。
S3：剥壳处理，将S2中的线材通过刀头进行表面切削处理，切削至线材表面无黄黑色氧化皮为止，切削后线材规格为φ11.8mm。
S4：将经S3处理后的线材拉拔至φ11.5mm，变形量在5.1%，润滑剂为粉末润滑剂。
将实施例1-3和对比例1-4进行性能测试，性能测试结果如表1、表2所示。
表1 实施例与对比例在高温加载力下的情况
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表2 使用实施例与对比例钢丝生产加工时所用冷镦模具的使用寿命
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从表1、表2中可以看出，相比较于使用耐高温合金材料，对比例4使用普通不锈钢材料其高温加载情况差；对比例1未经磷化和皂化处理的线材在冷镦加工过程中的润滑性差，导致冷镦模具使用寿命大大降低，对比例2中磷化和皂化时间过短导致材料表面的润滑层过薄，起不到显著的润滑效果，对比例3中磷化和皂化时间过长则润滑层过厚，生产时粉尘过大，同磷化层过厚也会对润滑起反效果。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：选择合金钢丝作为原材料；
S2：固溶处理，通过气氛炉将S1中的合金钢丝进行固溶处理；
S3：剥壳处理，将经S2固溶处理后的钢丝通过刀头进行表面切削处理，切削至钢丝表面无黄黑色氧化皮为止；
S4：磷化处理，将经S3剥壳处理后的钢丝置于有磷化剂的磷化池内；
S5：皂化处理，将经S4磷化处理后的钢丝置于有皂化剂的皂化池内；
S6：将经S5皂化处理后的钢丝进行拉拔，变形量在5~20%。
2.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S1步骤中所述合金钢丝为耐高温合金钢丝，耐高温的温度范围为550~650℃，按重量百分比计，其化学成分如下：0.03%≤碳≤0.08％，1.00%≤锰≤2.00％，硅≤0.50％，13.5％≤铬≤16.0％，24.0％≤镍≤27.0％，1.00％≤钼≤1.50％，硫＜0.015%，磷≤0.02％，1.90％≤钛≤2.30％，0.003％≤硼≤0.01％，0.10％≤钒≤1.50％，钴≤1.00%，铝≤0.35%，铜≤0.50%，铅≤0.005%，余量为铁及不比可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：所述合金钢丝中镍和铜的重量百分比为：24.5％≤镍≤27.0％，0.30％≤铜≤0.50％。
4.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S2步骤中所述固溶处理中保护气氛为氩气，处理温度为900℃~1000℃，处理时间为4h，炉冷至300℃再通入氩气进行冷却，冷却至100℃以下出炉。
5.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S3步骤中所述刀头的硬度大于37HRC。
6.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S4步骤中所述磷化液为磷酸盐、硝酸盐、磷酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S4步骤中所述磷化处理时间为30~60min。
8.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S5步骤中所述皂化剂为硬脂酸锌、硬脂酸钠中的至少一种，所述皂化池温度夏季为50~70℃，冬季为70~90℃。
9.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S5步骤中所述皂化处理时间10~30min。
10.根据权利要求1所述的冷镦用合金钢丝的生产工艺，其特征在于：S6步骤中所述拉拔中使用粉末润滑剂，所述粉末润滑剂包括90~95%质量分数的硬脂酸钙。
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