CN113125286B - 一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法 - Google Patents

一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,所述处理方法的具体步骤包括敏化处理、蚀刻处理、固溶处理以及定径内抛光处理。本发明的目的是克服现有技术存在小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性差以及用于小口径内壁耐磨性提高工艺操作难度大的缺陷,提供一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法。

Description

一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法
技术领域
本发明涉及不锈钢管处理技术领域,尤其涉及一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法。
背景技术
304、316、321等奥氏体不锈钢具有非常优良的耐蚀性和成型性能,可以采用冷轧、拉拔等工艺加工成小口径、细长无缝管材。一些小型气动零件的气缸套也大多由这些无缝不锈钢管材进一步切割和加工而成。活塞在气缸套中作直线往复运动时,会不断吸入或压缩空气,从而实现机械动作传递。然而由活塞和气缸套组成的摩擦副之间会不断地进行相对运动,造成气缸套内壁逐渐磨损而气密性变差,最终导致气动零件失效。因此,如何进一步提高无缝不锈钢管内壁的耐磨性是延长气动零件使用寿命的关键。
一般来说,提高奥氏体不锈钢耐磨性主要有两个途径,一是提高表层硬度,例如渗氮、镀铬、气相沉积、喷涂等方法;另一个是改善润滑效果,例如机械或激光加工表面沟槽来改善润滑效果。然而,这些方法对于处理小口径不锈钢管内壁来说,存在很大的操作难度。因此,设计出能够获得高内壁耐磨性的小口径无缝不锈钢管材工业生产方法,对于进一步提高小型气动零件使用寿命,具有非常重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性差以及用于小口径内壁耐磨性提高工艺操作难度大的缺陷,提供一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法。
实现本发明目的的技术方案是:一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,所述处理方法的具体步骤包括
S1:敏化处理,将小口径奥氏体不锈钢在晶间腐蚀敏化温度区间内进行加热处理;
S2:蚀刻处理,向经步骤S1敏化处理后的小口径奥氏体不锈钢内灌入腐蚀溶液进行晶界腐蚀,沿敏化晶界形成断续分布的网状沟槽;
S3:固溶处理,将经步骤S2蚀刻处理的小口径奥氏体不锈钢管,在还原性保护气氛中加热至1050~1150℃,保温10~60min,随后冷却至室温;
S4:定径内抛光处理,将经步骤S3固溶处理后的小口径奥氏体不锈钢管采用低表面粗糙度为Ra的芯棒进行小盈余量Δφ穿心拉拔至目标内径。
更优地,所述步骤S1中的加热处理温度为550~700℃,加热时间控制在1~4h。
更优地,所述步骤S1中的加热处理在还原性保护气氛中进行。
更优地,所述步骤S2中的晶界腐蚀深度在3~10μm。
更优地,所述步骤S3中的冷却是在保护气氛中进行且通过喷吹方式进行。
更优地,所述低表面粗糙度Ra≤0.1μm。
更优地,所述小盈余量Δφ为0.03~0.1mm。
采用上述技术方案后,本发明具有以下积极的效果:
(1)本发明通过在无缝不锈钢管内壁制备出沿晶界断续分布的网状沟槽,以此作为储存润滑油的空间,提高制成气缸套内壁的润滑效果,从而达到改善耐磨性及使用寿命的目的。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中
图1为本发明的处理方法简述图。
具体实施方式
见图1,本发明的具体步骤包括S1:敏化处理,将小口径奥氏体不锈钢在晶间腐蚀敏化温度区间550~700℃内进行加热处理,加热时间控制在1~4h,使晶界优先析出Cr23C6碳化物而形成贫Cr区,从而增大小口径奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性。加热处理过程中,加热温度越高,加热时间越短且加热在还原性保护气氛中进行,例如氨分解气氛(N2+H2),随后,空冷至室温;在还原性保护气氛中进行加热防止管材氧化。
S2:蚀刻处理,将经过敏化处理的小口径奥氏体不锈钢一端采用橡胶塞封口,灌入腐蚀溶液,使敏化晶界发生优先溶解,从而沿晶形成断续分布的网状沟槽。腐蚀溶液为高氯酸、硫酸、氢氟酸的混合水溶液;在常温下蚀刻10~30min,以获得3~10μm的平均晶界腐蚀深度。所选用的腐蚀溶液优点是腐蚀速度相对较快,适合工业化生产,另一个,避免使用硝酸,形成黄烟污染。
S3:固溶处理,即高温加热,将经步骤S2蚀刻处理的小口径奥氏体不锈钢管,在还原性保护气氛中加热至1050~1150℃,保温10~60min,随后在喷吹保护气氛条件中快速冷却至室温,采用喷吹冷却处理起来比较方便,适合连续生产;空冷不太合适;水冷效果也没问题,但处理长管不够方便;固溶处理的目的在于将敏化处理后小口径奥氏体不锈钢中晶界析出的Cr23C6碳化物重新溶解,形成固溶体并快速冷却至室温,从而恢复小口径奥氏体不锈钢的耐蚀性。固溶处理过程中,固溶处理温度越高,固溶处理时间则越短;固溶处理过程中,还原性保护气氛可选用氨分解气氛(N2+H2)。
S4:定径内抛光处理,将经步骤S3固溶处理后的小口径奥氏体不锈钢管采用低表面粗糙度为(Ra≤0.1μm)的芯棒进行小盈余量(Δφ=0.03~0.1mm)穿心拉拔至目标内径,定径内抛光处理能在满足不锈钢管内径尺寸要求的情况下,既能降低内壁表面粗糙度,又保留断续分布的网状沟槽。
以下实施例选择304、316、321这3种典型奥氏体不锈钢管,化学成分如表1,内径和壁厚分别为φ39.4mm×1.0mm、φ20.44mm×0.8mm、φ9.97mm×0.6mm。此外,敏化处理和固溶处理的加热保护气氛选择氨分解气氛(25%N2+75%H2)。
表1 304、316、321三种奥氏体不锈钢管的化学成分(质量百分数)
Figure BDA0003005068230000041
采用扫描电镜分析无缝不锈钢管的蚀刻深度和沟槽深度;
采用立式往复摩擦磨损试验机进行模拟气缸套磨损试验,活塞环材料为淬火+低温回火状态GCr15钢,经镜面抛光(表面粗糙度Ra=0.05)后与缸套形成紧密配合,一次性机油润滑,频率为10Hz,有效行程100mm,试验时间72h;采用磨损试验前后的不锈钢管失重率来表征耐磨性能。
实施例1
将内径和壁厚为φ39.4mm×1.0mm的304奥氏体不锈钢管,经650℃加热2h敏化处理后,灌入10%高氯酸+30%浓硫酸+10%氢氟酸+50%水的混合溶液,蚀刻处理10min,此时,平均晶界腐蚀深度为3μm;然后,进行1100℃/30min固溶处理,再采用表面粗糙度Ra=0.1、直径φ=39.5mm的芯棒,盈余量为0.1mm,一次性穿心拉拔成内径和壁厚为φ39.5mm×1.0mm的管材,此时,内壁上平均沟槽深度为2.4μm。
将制成管材加工成合适尺寸的样品,进行往复式磨损试验。结果表明,管材磨损速率为1.1mg/g。
对比例1
将未经敏化处理和蚀刻处理的φ39.4mm×1.0mm的304奥氏体不锈钢管材,直接进行1100℃/30min固溶处理,然后,再经表面粗糙度Ra=0.1、直径φ=39.5mm的芯棒,盈余量为0.1mm,一次性穿心拉拔成内径和壁厚为φ39.5mm×1mm的管材。
将制成管材加工成尺寸合适的样品,进行往复式磨损试验,结果表明,管材磨损速率为3.4mg/g。
实施例2
将内径和壁厚为φ20.44mm×0.8mm的316不锈钢管,经550℃加热4h敏化处理后,灌入10%高氯酸+30%浓硫酸+10%氢氟酸+50%水的混合溶液,蚀刻处理30min,此时,平均晶界腐蚀深度为10μm;然后,进行1050℃/60min固溶处理,再经表面粗糙度Ra=0.05、直径φ=20.5mm的芯棒,盈余量为0.06mm,一次性穿心拉拔成内径和壁厚为φ20.5m×0.8mm的管材,此时,内壁平均沟槽深度为8.6μm。
将制成管材加工成尺寸合适的样品,进行往复式磨损试验。结果表明,管材磨损速率为0.9mg/g。
对比例2
将未经敏化处理和蚀刻处理的内径和壁厚为φ20.44mm×0.8mm的316不锈钢管,直接进行1050℃/60min固溶处理后,再经表面粗糙度Ra=0.05、直径φ=20.5mm的芯棒,盈余量为0.06mm,一次性穿心拉拔成φ20.5mm×0.8mm的管材。
将制成管材加工成尺寸合适的样品,进行往复式磨损试验,结果表明,管材磨损速率为3.1mg/g。
实施例3
将内径和壁厚为φ9.97mm×0.6mm的321不锈钢管,经700℃加热1h敏化处理后,灌入浓度为10%高氯酸+30%浓硫酸+10%氢氟酸+50%水的混合溶液,蚀刻处理20min,此时平均晶界腐蚀深度为6.4μm;然后,进行1150℃/10min固溶处理,再经表面粗糙度Ra=0.05、直径φ=10mm的芯棒,盈余量为0.03mm,一次性穿心拉拔成内径和壁厚为φ10mm×0.6mm的管材,此时,内壁平均沟槽深度为6.1μm。
将制成管材加工成尺寸合适的样品,进行往复式磨损试验。结果表明,管材磨损速率为0.8mg/g。
对比例3
将未经敏化处理和蚀刻处理的内径和壁厚为φ9.97mm×0.6mm的321不锈钢管材,直接进行1150℃/10min固溶处理后,再经表面粗糙度Ra=0.05、直径φ=10mm的芯棒,盈余量为0.03mm,一次性穿心拉拔成φ10mm×0.6mm的管材。
将制成管材加工成尺寸合适的样品,进行往复式磨损试验,结果表明,管材磨损速率为3.3mg/g。
比较上述三种实施例和对比例中管材磨损率,可以发现,经敏化处理和蚀刻处理的不锈钢管耐磨性显著提高。
实施例4
将内径和壁厚为φ39.4mm×1.0mm的304奥氏体不锈钢管,经600℃加热3h进行敏化处理后,灌入10%高氯酸+30%浓硫酸+10%氢氟酸+50%水的混合溶液,蚀刻处理30min,此时,平均晶界腐蚀深度为7.8μm;然后,进行1150℃/15min固溶处理,再采用表面粗糙度Ra=0.05、直径φ=39.5mm的芯棒,盈余量为0.1mm,一次性穿心拉拔成内径和壁厚为φ39.5mm×1.0mm的管材,此时,内壁上平均沟槽深度为6.4μm。
将制成管材加工成合适尺寸的样品,进行往复式磨损试验。结果表明,管材磨损速率为0.7mg/g。
对比例4
将内径和壁厚为φ39.4mm×1.0mm的304奥氏体不锈钢管,经600℃加热3h进行敏化处理后,灌入10%高氯酸+30%浓硫酸+10%氢氟酸+50%水的混合溶液,蚀刻处理30min,此时,平均晶界腐蚀深度为7.8μm;然后,进行1150℃/15min固溶处理。
将制成管材加工成合适尺寸的样品,进行往复式磨损试验。结果表明,管材磨损速率为1.2mg/g。
比较实施例4和对比例4中管材磨损率,可以发现,固溶处理后进行定径内抛光处理,可以进一步提高不锈钢管耐磨性。采用低表面粗糙度的芯棒进行定径处理,钢管内壁表面能够相应地获得低的表面粗糙度,避免变形带来的表面粗糙度增大问题,同时又能保留沿晶界形成的沟槽,从而提高耐磨性。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,其特征在于:所述处理方法的具体步骤包括
S1:敏化处理,将小口径奥氏体不锈钢在晶间腐蚀敏化温度区间内进行加热处理;
S2:蚀刻处理,向经步骤S1敏化处理后的小口径奥氏体不锈钢内灌入腐蚀溶液进行晶界腐蚀,晶界腐蚀深度在3~10μm,沿敏化晶界形成断续分布的网状沟槽;
S3:固溶处理,将经步骤S2蚀刻处理的小口径奥氏体不锈钢管,在还原性保护气氛中加热至1050~1150℃,保温10~60min,随后冷却至室温;
S4:定径内抛光处理,将经步骤S3固溶处理后的小口径奥氏体不锈钢管采用低表面粗糙度为Ra的芯棒进行小盈余量
Figure FDA0003775156910000012
穿心拉拔至目标内径。
2.根据权利要求1所述的提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,其特征在于:所述步骤S1中的加热处理温度为550~700℃,加热时间控制在1~4h。
3.根据权利要求1所述的提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,其特征在于:所述步骤S1中的加热处理在还原性保护气氛中进行。
4.根据权利要求1所述的提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,其特征在于:所述步骤S3中的冷却是在还原性保护气氛中进行且通过喷吹方式进行。
5.根据权利要求1所述的提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,其特征在于:所述低表面粗糙度Ra≤0.1μm。
6.根据权利要求1所述的提高小口径奥氏体不锈钢管内壁耐磨性的处理方法,其特征在于:所述小盈余量
Figure FDA0003775156910000011
为0.03~0.1mm。
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