CN112662940B

CN112662940B - 一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线及其制备方法

Info

Publication number: CN112662940B
Application number: CN202011254612.5A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 田新中; 董庆; 孔令波; 阮士朋; 王利军; 王宁涛; 王冬晨; 李永超; 木永卫; 温娜娜; 秦树超
Original assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: CN112662940A

Abstract

本发明一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线及其制备方法，精线化学成分及其重量百分含量为：C 0.15～0.25%，Si≤0.10%，Mn 0.60～1.00%，Ti 0.020～0.070%，B 0.0005‑0.0035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。制备方法，包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，酸洗磷化工序，磷化温度为95±5℃，磷化时间为8－12min。本发明生产的深冲套筒用精线具有良好的成型性能，可满足下游客户采用大变形量的冷镦工艺生产带有内螺纹的10.9级深冲套筒的要求。

Description

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁线材生产技术领域，尤其涉及一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线及其制备方法。

背景技术

某系列汽车底盘用套筒的成型由于变形量大，结构复杂，精度要求高，开发初期，一直采用普通机加工方式（主要包含车床加工）进行，费时费料。近年来，随着汽车行业的快速发展，该款产品需求量急剧增加，继续采用普通机加工方法已不能满足快速增长的现实要求，亟需开发高效省料的加工方案。

冷镦成型是精密塑性成形技术中的一个重要方法，可以获得优质、高效、高精度、轻量化、低成本的零件，完全满足上述需求。

该系列深冲套筒尺寸精度高，故要求冷镦后不进行热处理；同时，套筒成品的内螺纹要达到10.9级的高强度，故要求冷镦用钢具有一定的强度和加工硬化作用，以便经过冷镦成型后内螺纹达到10.9级高强度要求；冷镦变形量大，故要求冷镦用钢具有良好的成型性能。

该系列深冲套筒中的一款产品生产参数如下：使用长度119mm×直径27.5mm的实心钢丝冷镦制造长度185mm×空心部分直径28mm的深冲套筒，空心套筒部分的断面收缩率达到了41%，变形量极大，要求材料具有良好的成型性能。冷镦时，套筒和模具表面的温度为120℃（最高达150℃），要求材料与模具间的摩擦热量尽可能降低。

公布号为CN 110438312 A的专利公开了《一种提高冷轧深冲钢伸长率和应变硬化指数n值的方法》，其所述方法生产得到的冷轧深冲钢，特征在于，所述冷轧深冲钢包含以下重量百分数的组分： C≤0.003%，Si≤0.02%，Mn≤0.30%，P≤0.015%，S≤0.005%，Alt≥0.020%，Ti (Nb )≤0.1%，N≤0.004%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；屈服强度为125MPa～145MPa，抗拉强度为265MPa～285MPa。但是，C、Si和Mn元素含量普遍偏低，在不经热处理、仅依靠加工硬化作用下，无法满足带有内螺纹的10.9级深冲套筒用钢的强度要求。

公布号为CN 110484697 A的专利公开了《一种含铌铬的微碳高强深冲钢及其制备方法》，以质量百分含量计，包括如下组分：C 0.01~0.03％，Si 0.1~0.5％，Mn 1.5~2.0％，P0.01~0.06％，S≤0.015％，Cr 0.1~0.5％，Nb 0.01~0.05％，N＜0.01％和余量的Fe及不可避免的杂质。该发明所述汽车用钢为板材，主要用于生产汽车外覆件，具有良好的深冲性能，但其Mn含量过高，加上Nb与N析出强化的综合作用，致使其应变硬化指数n高达0.22，加工硬化作用过于强烈，不利于冷镦生产大变形量且形状复杂的高强度零件，如带有内螺纹的10.9级深冲套筒。

公布号为CN 108914012 A公开了《涡轮增压器套筒钢》，其特征在于成分按重量百分比为C 0.4-0.8%，Si 2.5-3.5%，S 0.3-0.8%，P≤0.045%，Mn 0.8-1.5%，Ni 18-21%，Nb1.0-2.5%，Cr 23-26%，W 2-4%，Mo 1.0-2.5%，V 0.2-0.6%，N 0.1-0.5%，Cu≤0.5%，Co≤1.0%，Fe余量；该发明所述汽车用钢为铸造用钢，具有极佳的1000℃高温低膨胀系数，硬度及耐磨性超过同类材质，但其C、Si含量偏高，不利于冷镦生产大变形量零件，如带有内螺纹的10.9级深冲套筒。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种φ7.5-37.5mm的深冲套筒用精线，适合采用冷镦工艺制造大变形量的带有内螺纹的10.9级深冲套筒。

精线指成品盘条经过退火、酸洗磷化、拉拔后得到的精制线材。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：1.一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线，其特征在于，所述精线化学成分及其重量百分含量为：C 0.15～0.25%，Si≤0.10%，Mn 0.60～1.00%，Ti 0.020～0.070%，B 0.0005-0.0035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

各元素的作用及配比依据如下：

碳是确保该钢种具有必要强度的必需元素，需要添加0.15%以上的C元素，同时为了获得较高的冷加工成型能力，以便生产变形量极大的深冲套筒，需要控制碳含量的上限，因此C的成分区间设为 0.15-0.25%。

硅可起到固溶强化效果，但硅元素含量过高不利于冷镦成型，因此不宜加入过高含量Si元素，其成分范围设为≤0.10%。

锰具有较强的固溶强化效果，可以提高钢的强度和韧性，但当锰含量过高时，会加剧钢的偏析，使盘条的铁素体-珠光体带状加重，恶化韧性，不利于钢的冷镦变形，因此锰含量设为0.60～1.00%。

硼：由于冷镦生产深冲套筒时变形量极大，如果材料表面有氧化铁皮残留，将对冷镦模具造成伤害影响其使用寿命和冷镦效果，而且冷成型产品将因表面不合格而报废，故该产品对氧化铁皮的去除能力有严格要求。添加B元素后的该钢种的氧化铁皮疏松，酸洗后易于脱落、便于清理，能够满足这样严格要求。同时，使用该钢种制作的深冲套筒内螺纹强度达到10.9级，因此耐延迟断裂是必须考虑且需要避免的一个不良现象。B是富集于晶界位置，从而有助于提高晶界强度，延迟断裂主要是在奥氏体晶界产生，因而强化该晶界对于提高耐延迟断裂特性有很大帮助。因此钢中添加0.0005%以上的B元素，但添加B元素过多会形成硼脆等不良现象降低其成型性能，因此B元素的成分区间设为 0.0005-0.0035%。

钛：钢中的B元素极易与N元素结合成为BN而丧失B的有益作用。为了防止形成BN，需要添加0.020%以上的Ti，使N优先与Ti结合为TiN从而固定住N元素确保B有益作用的发挥。但是大量添加Ti会增加钢中含Ti夹杂物数量和疲劳裂纹源点，导致深冲套筒的强度和疲劳性能下降，因此Ti的成分区间设计为0.020～0.070%。

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线的制备方法，包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，其特征在于，所述酸洗磷化工序，磷化温度为95±5℃，磷化时间为8－12min。

冷镦时，套筒和模具接触面的温度为120℃（最高达150℃），要求材料与模具间的摩擦热量尽可能降低。而想降低这种摩擦热量的最佳方法就是改善两者之间接触部分的摩擦，即提高接触部分的润滑程度。而增强润滑效果的最直接办法就是改善接触部分钢丝磷化膜的组织形态。

当钢丝磷化膜呈现片状结构时，其磷化膜致密性好，不易吸附皂化液、冷加工润滑液，容易降低磷化膜的润滑性能。这种片状磷化膜钢丝在冷镦时，与之接触的模具部分的温度高达200℃，造成钢丝表面磷化膜烧焦而丧失润滑效果，导致套筒表面发黑，如此长时间进行，甚至出现模具开裂的现象。

柱状磷化膜结构中树枝晶间有空隙，且树枝晶的排列疏松，使得皂化阶段磷化膜与皂化液接触面积增大，既能增强皂化反应，还能更大程度的吸附皂化液等冷加工润滑液，显著增强磷化膜的润滑性能。

磷化温度为95±5℃，磷化时间为8－12min，使树枝状磷化膜的柱状结构尺寸稳定控制在2.5-6.5μm范围内，实现了良好的润滑效果，有效降低了摩擦热量，保证了冷镦工序的正常进行。

进一步的，所述盘条轧制工序，进精轧温度840～890℃，吐丝温度830～880℃。

采取较低的轧制变形温度和较低的吐丝温度，较大程度的细化奥氏体晶粒。通过轧制变形温度和吐丝温度的控制，获得盘条表面氧化铁皮厚度适中、无脱落，能够有效保护盘条基体，酸洗后线材表面质量良好。

进一步的，所述退火工序，首先在740±10℃保温3.5－4.5h，随后在690±10℃保温5.5－6.5h。

由于深冲套筒空心部分断面收缩率达到了41%，变形量极大，要求材料具有良好的成型性能。这就要求材料的加工硬化指数n值要大，即随着变形量的增加所需的应力值增高越快，材料的加工硬化趋势越大。这种较大的加工硬化能力，保证了材料在变形过程中变形能不断地传播到试样或零件的各部分，而不至于集中在局部区域，从而使变形均匀地进行。n值大的材料均匀变形量较大，集中变形开始得较迟，因此冷成型性能较好。

退火工序首先在740±10℃保温3.5－4.5h，随后在690±10℃保温5.5－6.5h，控制材料内部的球化组织的尺寸分布，把球状碳化物的平均尺寸控制在0.24-0.34μm2范围内，对应的球化退火钢丝的加工硬化指数n值就会落在0.16-0.19范围内，实现了良好的成型性能，从而保证大变形量的冷镦工序能够得以顺利完成。

优选的，退火工序，盘条在740±10℃保温3.5－4.5h后，以20－30℃/h的速度降温至690±10℃，然后进行保温。

进一步的，所述控制冷却工序，对于Φ10-20mm规格盘条，斯太尔摩冷却辊道风机全关，辊道保温罩全盖，辊道速度6.6-34.8m/min；对于Φ20-40mm规格盘条，采用加勒特大盘卷生产技术，集卷后风机全关，辊道保温罩全盖。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明获得的φ10-40mm的深冲套筒用钢热轧盘条，微观组织由铁素体+珠光体组成，晶粒度≥6级，抗拉强度≥420MPa，N≤65ppm，表面氧化铁皮厚度适中、无脱落，能够有效保护盘条基体，酸洗后线材表面质量良好。获得的φ7.5-37.5mm的深冲套筒用精线，微观组织由平均尺寸控制在0.24-0.34μm2范围内的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值在0.16-0.19范围内，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸稳定控制在2.5-6.5μm范围内。本发明生产的深冲套筒用精线具有良好的成型性能，可满足下游客户采用大变形量的冷镦工艺生产带有内螺纹的10.9级深冲套筒的要求。

附图说明

图1为实施例1热轧盘条的横截面金相组织照片。

图2为实施例1成品精线的横截面金相组织照片。

图3为实施例1成品精线的磷化膜组织形态扫描电镜照片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线化学成分及其质量百分含量为C0.22%，Si 0.05%，Mn 0.85%， Ti 0.031%，B 0.0022%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。盘条生产规格为Ф32mm，制备过程包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，盘条轧制工序，进精轧温度850℃，吐丝温度835℃，控制冷却工序，采用加勒特大盘卷生产技术，集卷后风机全关，辊道保温罩全盖。退火工序，首先在740℃保温4h，以25℃/h的速度降温至690℃，随后在690℃保温6h。酸洗磷化工序，磷化温度为95℃，磷化时间为10min。

生产的φ28.5mm的深冲套筒用钢精线，微观组织由平均尺寸为0.32μm2的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值是0.18，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸是4μm。

实施例2

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线化学成分及其质量百分含量为C0.21%，Si 0.03%，Mn 0.84%， Ti 0.032%，B 0.0019%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。盘条生产规格为Ф26mm，制备过程包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，盘条轧制工序，进精轧温度880℃，吐丝温度870℃，控制冷却工序，采用加勒特大盘卷生产技术，集卷后风机全关，辊道保温罩全盖。退火工序，首先在746℃保温4.2h，以27℃/h的速度降温至694℃，随后在694℃保温6.5h。酸洗磷化工序，磷化温度为90℃，磷化时间为12min。

生产的21.5mm的深冲套筒用钢球化退火钢丝，微观组织由平均尺寸是0.34μm2的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值是0.19，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸是2.5μm。

实施例3

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线化学成分及其质量百分含量为C0.15%，Si 0.10%，Mn 1.00%， Ti 0.020%，B 0.0005%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。盘条生产规格为Ф40mm，制备过程包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，盘条轧制工序，进精轧温度840℃，吐丝温度830℃，控制冷却工序，采用加勒特大盘卷生产技术，集卷后风机全关，辊道保温罩全盖。退火工序，首先在750℃保温4.5h，以30℃/h的速度降温至700℃，随后在700℃保温6.2h。酸洗磷化工序，磷化温度为96℃，磷化时间为9.1min。

生产的φ37.5mm的深冲套筒用钢球化退火钢丝，微观组织由平均尺寸是0.30μm2的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值是0.18，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸是4.5μm。

实施例4

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线化学成分及其质量百分含量为C0.19%，Si 0.08%，Mn 0.70%， Ti 0.026%，B 0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。盘条生产规格为Ф10mm，制备过程包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，盘条轧制工序，进精轧温度890℃，吐丝温度880℃，控制冷却工序，斯太尔摩冷却辊道风机全关，辊道保温罩全盖，辊道速度34.8m/min；退火工序，首先在730℃保温3.5h，以20℃/h的速度降温至680℃，随后在680℃保温5.5h。酸洗磷化工序，磷化温度为92℃，磷化时间为10.9min。

生产的φ7.5mm的深冲套筒用钢球化退火钢丝，微观组织由平均尺寸是0.24μm2的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值是0.16，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸是6.5μm。

实施例5

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线化学成分及其质量百分含量为C0.25%，Si 0.02%，Mn 0.60%， Ti 0.04%，B 0.0021%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。盘条生产规格为Ф12mm，制备过程包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，盘条轧制工序，进精轧温度885℃，吐丝温度865℃，控制冷却工序，斯太尔摩冷却辊道风机全关，辊道保温罩全盖，辊道速度29m/min；退火工序，首先在734℃保温3.7h，以22℃/h的速度降温至686℃，随后在686℃保温5.7h。酸洗磷化工序，磷化温度为94℃，磷化时间为9.6min。

生产的φ9.5mm的深冲套筒用钢球化退火钢丝，微观组织由平均尺寸是0.32μm²的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值是0.18，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸是4.5μm。

实施例6

一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线化学成分及其质量百分含量为C0.20%，Si 0.06%，Mn 0.90%， Ti 0.070%，B 0.0035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。盘条生产规格为Ф18mm，制备过程包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，盘条轧制工序，进精轧温度870℃，吐丝温度860℃，控制冷却工序，斯太尔摩冷却辊道风机全关，辊道保温罩全盖，辊道速度6.6m/min；退火工序，首先在738℃保温3.9h，以24℃/h的速度降温至691℃，随后在691℃保温5.9h。酸洗磷化工序，磷化温度为98℃，磷化时间为8min。

生产的φ15.5mm的深冲套筒用钢球化退火钢丝，微观组织由平均尺寸是0.28μm2的球状碳化物和铁素体基体组成，加工硬化指数n值是0.17，表面树枝状磷化膜的柱状结构尺寸是4.5μm。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线，其特征在于，所述精线化学成分及其重量百分含量为：C 0.15～0.25%，Si ≤0.10%，Mn 0.60～1.00%， Ti 0.020～0.070%，B0.0005-0.0035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述精线由下述方法制备，其包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，所述退火工序，首先在740±10℃保温3.5－4.5h，随后在690±10℃保温5.5－6.5h；所述酸洗磷化工序，磷化温度为95±5℃，磷化时间为8－12min。

2.根据权利要求1所述的一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线的制备方法，包括盘条轧制、控制冷却、退火、酸洗磷化、拉拔工序，其特征在于，所述退火工序，首先在740±10℃保温3.5－4.5h，随后在690±10℃保温5.5－6.5h；所述酸洗磷化工序，磷化温度为95±5℃，磷化时间为8－12min。

3.根据权利要求2所述的一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线的制备方法，其特征在于，所述盘条轧制工序，进精轧温度840～890℃，吐丝温度830～880℃。

4.根据权利要求3所述的一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线的制备方法，其特征在于，所述盘条在740±10℃保温3.5－4.5h后，以20－30℃/h的速度降温至690±10℃，然后进行保温。

5.根据权利要求2－4任一项所述的一种具有良好成型性能的深冲套筒用精线的制备方法，其特征在于，所述控制冷却工序，对于Φ10-20mm规格盘条，斯太尔摩冷却辊道风机全关，辊道保温罩全盖，辊道速度6.6-34.8m/min；对于Φ20-40mm规格盘条，采用加勒特大盘卷生产技术，集卷后风机全关，辊道保温罩全盖。