CN114318112A

CN114318112A - 发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒及其制备方法

Info

Publication number: CN114318112A
Application number: CN202210005157.8A
Authority: CN
Inventors: 赵望泰; 吴丰铭; 林家新; 黄致颖; 何文杰
Original assignee: Jiangyin Huaxin Special Alloy Material Co ltd
Current assignee: Jiangyin Huaxin Special Alloy Material Co ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2042-01-05
Also published as: CN114318112B

Abstract

本发明公开了一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：冶炼→热轧至盘元→退火酸洗→冷抽成直棒→矫直→热处理→研磨→加工成零件；其中，以质量分数计，所述铁素体不锈钢包含如下化学成分：碳≤0.03％、铬15～18％、硅0.3～0.6％等；热轧后的盘元于700～900℃下退火处理6～8h。本发明通过改变传统发动机油泵用软磁铁素体不锈钢热轧盘元的退火方法、直棒的工艺流程以及增加促使软磁性能恢复的热处理方法，在不添加额外有利软磁性能的合金元素的情况下，通过改变显微组织，即确保了软磁性能优越，又解决了目前零件热处理所面临的成本及品质问题。

Description

发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒及其制备方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年12月31日向中国国家知识产权局提交的、专利申请号为202111658909.2的专利申请的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢，具体地，涉及一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒及其制备方法。

背景技术

软磁材料具有低矫顽力、且易磁化和去磁的特点，因此被广泛用在无线电、计算机、家用电器、电机工程和通讯等领域。

软磁铁素体不锈钢对于许多机电装置的使用很关键，必须为这些装置提供最佳的磁性，才能保证正确的输出信号和响应时间。汽车中这类装置的实例包括燃料喷射器、燃油泵和防抱死制动系统的电磁铁等，一般对软磁材料的有如下四点要求：(1)磁导率要高。磁感应强度B＝uH，因此在一定的磁场强度(H)下，B值取决于材料的相对磁导率μ值，选用μ值高的材料，可以降低外磁场的励磁电流值，从而降低磁性元件的体积；(2)要求具有很小的矫顽力Hc和狭窄的磁滞回线。材料的矫顽力越小，磁化和退磁越容易，磁性元件可以更快地响应外界磁场变化；(3)电阻率ρ要高。在交变磁场中工作的磁芯具有涡流损耗，电阻率高，涡流损耗小；(4)具有较高的饱和磁感应强度Bs。磁感应强度高，相同的磁通需要较小磁芯截面积，磁性元件体积小，从而减小零部件的体积。

影响铁素体不锈钢软磁性能的主要因素有合金成分和显微组织，但目前人们主要着力于化学成分的研究，对显微组织的研究少有着重，例如，申请号为200710020713.4的发明专利主要通过添加合金元素Si，进一步提高软磁不锈钢的软磁性能；申请号为201710023235.6的发明专利公开了一种耐腐蚀软磁铁素体不锈钢，主要通过Si、Al元素以及稀土铈的添加，设计出一种用于铁磁性部件的耐腐蚀软磁铁素体不锈钢。合金元素的增加虽然提高了软磁性能，但同时也增加的冶炼成本及后续工序制备难度。申请号为201710023235.6的发明专利公开了磁退火的热处理方案，在1000～1100℃下固溶处理1～5小时后淬火快冷，随后于600～750℃下回火处理1～5小时，然后随炉冷却或空冷，最终获得软磁性能较好的铁素体不锈钢。在汽车用油泵零部件的热处理同样采用了类似高温热处理方案，主要由于直棒在受到冷变形后，软磁性能会急剧下降(研究表明，当变形量＞0.23％时，软磁性能明显恶化)，且满足不了零件软磁要求。因此该热处理工艺只能应用在零件加工后热处理。这种制备方案会存在热处理成本高(需使用含保护气氛的热处理炉)、尺寸精度差(零件在高温下，尺寸发生变形，影响尺寸精度)、量产性差(为保证充分的气体保护，防止产生锈皮，进而影响耐蚀性，每批次只能进行少量热处理)、零件表面色差(保护气氛不充分)等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒及其制备方法，该制备方法通过改变退火酸洗、调整工艺流程和热处理方式，得到软磁性能好的发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的制备方法，该制备方法包括如下步骤：冶炼→热轧至盘元→退火酸洗→冷抽成直棒→矫直→热处理→研磨→加工成零件；

其中，以质量分数计，所述铁素体不锈钢包含如下化学成分：碳≤0.03％、铬15～18％、硅0.3～0.6％、镍0.2～0.6％、锰0.4～0.6％、磷0.013～0.018％、硫0.2～0.3％、钼0.2～0.4％、铜0.03～0.05％、氮0.01～0.02％、钒0.1～0.2％、铌0.002～0.003％；

热轧后的盘元于700～900℃下退火处理6～8h。退火酸洗盘元组织因长时间退火处理，消除了组织应力及热应力，晶界处亚稳定状态得到平缓，有利于软磁性能的提高。

本发明通过改变传统发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的工艺流程和退火方法，在不添加额外有利软磁性能的合金元素的情况下，通过改变显微组织，即确保了软磁性能优越，又解决了目前零件热处理所面临的成本及品质问题。

优选地，以质量分数计，所述铁素体不锈钢包含如下化学成分：碳0.03％、铬16.9％、硅0.5％、镍0.25％、锰0.52％、磷0.016％、硫0.284％、钼0.22％、铜0.04％、氮0.016％、钒0.157％、铌0.0023％。

以软磁用钢为原料，采用电炉、真空炉、精炼炉的冶炼方法连铸成钢坯，钢坯在1000～1150℃锻造开坯后，再于1000～1150℃热轧成盘元并空冷处理使组织为单一的铁素体组织，热轧后的盘元经退火处理后空冷，然后进行酸洗处理除去表面氧化皮，得到退火酸洗盘元。

上述方案中，可采用不含镍废不锈钢为原料，实现废物再利用，降低生产成本。

具体地，采用链式拉拔机，通过拉拔方式使盘元变成直棒。采用双辊矫直机，所述矫直工艺中直度控制在0.3mm/M以下，以便后续加工成零件。采用无心研磨设备进行研磨处理，使表面氧化皮除去干净并达到零件加工直棒要求尺寸及表面。

所述热处理条件为在700～900℃下退火处理0.5～1h。通过消除形变应力，从而恢复由于冷变形恶化的软磁性能。

优选地，经热处理后的材料采用空冷方式冷却。因为冷却过程中热应力及组织应力的存在，采用空冷方式冷却可有效避免软磁性能的恶化。

本发明第二方面提供一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒，所述不锈钢由上述的制备方法制得。

通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：

1、本发明通过改变传统发动机油泵用软磁铁素体不锈钢热轧盘元的退火方法、直棒的工艺流程以及增加促使软磁性能恢复的热处理方法，在不添加额外有利软磁性能的合金元素的情况下，通过改变显微组织，即确保了软磁性能优越，又解决了目前零件热处理所面临的成本及品质问题。

2、在本发明的一个优选技术方案中，经退火和热处理后的材料采用空冷方式冷却，因为冷却过程中热应力及组织应力的存在，采用空冷方式冷却可有效避免软磁性能的恶化。

附图说明

图1是不同退火和冷却条件对剩磁Br的影响示意图；

图2是不同退火和冷却条件对矫顽力Hc的影响示意图；

图3是不同退火和冷却条件对最大磁导率μ_max的影响示意图；

图4是对比例4中不同回火温度对磁性的影响示意图；

图5是对比例5中热处理方法示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

以下实施例中，软磁性能的测量主要通过磁性检测设备，其中包含2条测量曲线：

1、磁感应强度曲线(B-H曲线)：可测得B₁₀₀、B₅₀₀、B_1k、B_2k、μ_max

2、磁滞曲线：可测得矫顽力Hc、剩磁B_r。

实施例1

选用低C 430F0(含有碳0.03％、铬16.9％、硅0.5％、镍0.25％、锰0.52％、磷0.016％、硫0.284％、钼0.22％、铜0.04％、氮0.016％、钒0.157％、铌0.0023％)钢种为原料，冶炼连铸成钢坯，钢坯在1000～1150℃锻造开坯后，再于1000～1150℃热轧成盘元并空冷处理使组织为单一的铁素体组织，热轧后的盘元于800℃下退火处理7小时后空冷，并酸洗处理除去表面氧化皮，得到退火酸洗盘元；采用链式拉拔机，通过拉拔方式使盘元变成直棒，拉拔后直径为12.3mm；采用双辊矫直机，直度控制在0.3mm/M以下，再在800℃下退火30min，空冷冷却，研磨获得直径为12mm的直棒。

对比例1

其他条件铜实施例1选用高C 430F0(含有碳0.099％、铬16.9％、硅0.42％、镍0.61％、锰0.88％、磷0.0286％、硫0.204％、钼0.18％、铜0.064％、氮0.022％、钒0.084％、铌0.001％)不锈钢为原料，制得软磁铁素体不锈钢直棒。分别测定实施例1和对比例1制得不锈钢的软磁性能，结果如表1所示。

表1实施例1和对比例1的软磁性能对比

从表1可以看出：随着碳含量从0.03％变化到0.099％，因魏氏体含量变多，造成软磁性能出现明显的恶化现象，最大磁导率μ_max从1803变化到685，矫顽力Hc从155.8A/m变化到628A/m。可见，碳含量对软磁性能影响较大，需严格管控碳含量(≤0.03％)，以保证软磁性能。

对比例2

其他条件同实施例1，验证不同热处理退火温度(700℃、900℃、1000℃、1050℃)对软磁性能的影响，结果如图1-图3所示。从图1-图3可以看出：热处理退火温度在700～900℃时，软磁性能最佳热；组织为纯铁素体组织且加工冷应力得到了很好的消除；小于700℃退火时，由于冷变形应力残留的原因，会随着热处理的温度升高，软磁性能变好；当大于900℃退火时，由于组织开始奥氏体化，且在冷却后会产生残留奥氏体组织，会随着热处理温度的升高，软磁性能恶化。

对比例3

其他条件同实施例1，热处理后采用水冷方式冷却，测定软磁性能，结果如图1-图3所示。从图1-图3可以看出：在同一温度下进行退火热处理时，水冷方式后的软磁性能会明显劣于空冷方式，主要因为冷却过程中热应力及组织应力的存在，导致软磁性能的恶化。

对比例4

其他条件同实施例1，热处理方式为：先进行1050℃温度下、1h淬火处理，再进行500℃、600℃、700℃不同温度下的回火热处理，热处理时间为30min，冷却方式为空冷。测定软磁性能，结果如图4所示。从图4可以看出：回火温度小于600℃时，软磁性无明显变化，随着回火温度的升高(＜700℃)，由于组织应力、晶界位错等缺陷的消除，软磁性也趋于好转。但是该热处理工艺中回火温度造成残留残余奥氏体，导致回火后磁性低于本发明的热处理方式。

对比例5

其他条件同实施例1，热处理方法为：采用高温(920±10℃)奥氏体化后，缓冷处理(具体流程如图5所示)，处理时间总计为26h。

表2实施例1和对比例5的软磁性能对比

从表2可以看出：传统的热处理方法不仅时间长，而且最后软磁性能明显劣于本发明的热处理方法，可见，本发明通过改变传统发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的工艺流程和退火酸洗方法，还可以大大缩短后续热处理时间，大大节约能源消耗。

对比例6

其他条件同实施例1，制备步骤调整为：冶炼至坯料→热压成盘元→退火酸洗→冷抽至直棒→矫直→研磨→车削加工至零件→零件热处理，测定软磁性能，结果如表2所示。

表3实施例1和对比例6的软磁性能对比

从表3可以看出：冷变形对软磁性能会造成急剧恶化现象，在冷精制程过程中需严格管控冷变形。而本发明的制备工艺可以有效防止最终成品的磁性恶化。

以上结合实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：冶炼→热轧至盘元→退火酸洗→冷抽成直棒→矫直→热处理→研磨→加工成零件；

热轧后的盘元于700～900℃下退火处理6～8h。

2.根据权利要求1所述的发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的制备方法，其特征在于，以质量分数计，所述铁素体不锈钢包含如下化学成分：碳0.03％、铬16.9％、硅0.5％、镍0.25％、锰0.52％、磷0.016％、硫0.284％、钼0.22％、铜0.04％、氮0.016％、钒0.157％、铌0.0023％。

3.根据权利要求1所述的发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的制备方法，其特征在于，以软磁用钢为原料，冶炼连铸成钢坯，钢坯在1000～1150℃锻造开坯后，再于1000～1150℃热轧成盘元，热轧后的盘元经退火处理后空冷，然后进行酸洗处理，得到退火酸洗盘元。

4.根据权利要求1所述的发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的制备方法，其特征在于，所述矫直工艺中直度控制在0.3mm/M以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的棒状铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述热处理条件为在700～900℃下退火处理0.5～1h。

6.根据权利要求5中任一项所述的发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒的制备方法，其特征在于，经热处理后的材料采用空冷方式冷却。

7.一种发动机油泵用软磁铁素体不锈钢直棒，其特征在于，所述不锈钢直棒由根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法制得。