CN114855077A

CN114855077A - 一种不锈钢钢丝及其制备方法，应用

Info

Publication number: CN114855077A
Application number: CN202210408713.6A
Authority: CN
Inventors: 陈涛
Original assignee: Beijing Haiyuan Navigation Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Haiyuan Navigation Technology Co ltd
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2042-04-19
Also published as: CN114855077B

Abstract

本申请涉及钢丝制备的技术领域，具体公开了一种不锈钢钢丝及其制备方法，应用。一种不锈钢钢丝包括C：0.03‑0.04%；Si：0.4‑0.55%；Mn：1.0‑1.5%；Cr：17.0‑18.0%；Ni：8.0‑10.0%；Ti：0.1‑0.5%；P≤0.03%；S≤0.002%，余量为Fe，不锈钢钢丝的抗拉强度在1400MPa以上；本申请不锈钢钢丝的制备方法，包括冶炼，轧制，冷拉，冷拔和热处理等步骤，能够提高不锈钢钢丝抗拉强度，抗拉强度在1450MPa以上。

Description

一种不锈钢钢丝及其制备方法，应用

技术领域

本申请涉及钢丝制备的技术领域，更具体涉及一种不锈钢钢丝及其制备方法，应用。

背景技术

随着经济的高速发展，交通运输、海洋工程和建筑工程等领域的快速发展，对应用安全性提出了更高的要求。在各领域内，钢结构是最常用的一种连接方式，而在钢结构中紧固件是最重要的一种元件，紧固件的强度不足直接影响着的钢结构的服役年限和安全性。

弹簧垫片是紧固件中最常用且最重要的一类，弹簧垫片可以防止螺母的松动。弹簧垫片的防松原理是在把弹簧垫片压平后，弹簧垫片会产生一个持续的弹力，使螺母与螺栓的螺纹副持续保持一个摩擦力，产生阻力矩，防止螺母松动。同时弹簧垫片开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件表面，从而防止螺栓相对于被连接件回转。

一般地，弹簧垫片的材质为不锈钢，抗拉强度在1000-1200MPa。弹簧垫片在被应用时，由于螺母与螺栓的挤压，对弹簧垫片产生压应力，由于弹簧垫片的力学性能不足，如抗拉强度等，导致弹簧垫片的断裂，从而使弹簧垫片丧失效力。因此，需要一种具有较高力学性能的弹簧垫片来抵抗螺母与螺栓的挤压，提高弹簧垫片使用寿命。

发明内容

为了提高不锈钢钢丝的力学性能，本申请提供了一种不锈钢钢丝及其制备方法，应用。

第一方面，本申请提供了一种不锈钢钢丝，按质量百分比计，包括C：0.03-0.04％；Si：0.4-0.55％；Mn：1.0-1.5％；Cr：17.0-18.0％；Ni：8.0-10.0％；Ti：0.1-0.5％；P≤0.03％；S≤0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在本申请中，所述不锈钢钢丝是一种奥氏体不锈钢，通过改变碳、硅、锰、铬、镍、钛、硫和磷等元素之间的配比，可以提高不锈钢钢丝的拉伸性能，不锈钢钢丝的抗拉强度在1400MPa以上。近些年，合金(铬、镍和钛等)的价格不断攀升，直接导致生产成本的升高。本申请通过调整化学元素之间的配比，在保证不锈钢钢丝性能的前提下，控制合金的含量，节约成本，节约资源。

在一个实施方案中，不锈钢钢丝的化学元素包括C：0.032％；Si：0.49％；Mn：1.25％；Cr：17.40％；Ni：9.12％；Ti：0.2％；P：0.028％；S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。不锈钢钢丝的化学元素为上述配比时，不锈钢钢丝的抗拉强度为1447MPa。

第二方面，本申请提供了一种不锈钢钢丝的制备方法，包括以下步骤：

S1：合金冶炼制备钢锭；

S2：将所述钢锭进行轧制，制得钢线材；

S3：将所述钢线材进行冷拉，制得冷拉丝材；

S4：将所述冷拉丝材进行冷拔，制得冷拔丝材；

S5：将所述冷拔丝材进行热处理，制得不锈钢钢丝。

本申请中不锈钢钢丝的制备方法，包括冶炼，轧制，冷拉，冷拔和热处理等步骤，在化学元素不变的情况下，可以进一步提高不锈钢钢丝的抗拉强度，抗拉强度在1450MPa以上。

在一个实施方案中，在所述步骤S1中，合金冶炼采用感应电弧炉进行初步熔炼，采用氩氧精炼炉进行精炼。

通过采用上述技术方案，按照不锈钢钢丝中化学元素的要求或设计，进行配料计算；经过计算后，将原料(主要包括废钢、高碳铬铁、高碳锰铁、镍板和钛铁等合金原料)加入中频感应电弧炉中，在1550-1580℃将原料进行熔化，得到初炼钢水。

对初炼钢水进行化学元素的检测，化学元素含量合格后进行精炼，将初炼钢水加入氩氧精炼炉(AOD)。氩氧精炼具有“除碳保铬”的特点，经过氧化期和还原期，将初炼钢水中的碳含量降低，保证铬含量没有损失，检测精炼后初炼钢水中的化学元素含量，符合要求或设计，进行浇铸，得到钢锭。

在一个实施方案中，在所述步骤S3中，所述冷拉包括三次冷拉，第一次冷拉的变形量为50-60％，第二次冷拉的变形量为30-40％，第三次冷拉的变形量为15-25％。

在本申请中，将钢锭进行轧制，减小钢锭的直径，制得钢线材，便于后期冷拉操作。冷拉过程包括三次冷拉，能够提高不锈钢钢丝的抗拉强度。

第一次冷拉的变形量为50-60％，在较大的变形量下，能够改变钢线材心部处的组织，从而提高不锈钢钢丝的抗拉强度。当第一次冷拉的变形量大于60％时，变形过大，钢线材被拉断的可能性大大提高。当第一次冷拉的变形量小于50％时，钢线材心部处的组织不能得到有效地改变，不锈钢钢丝的抗拉强度不能有效地得到提高。

第二次冷拉的变形量比第一次冷拉的变形量小，第三次冷拉的变形量比第二次冷拉的变形量小，三次冷拉的变形量逐渐减小，提高不锈钢钢丝的抗拉强度，不锈钢钢丝的抗拉强度在1800MPa以上。

在一个实施方案中，所述第一次冷拉的变形量为60％，所述第二次冷拉的变形量为30％，所述第三次冷拉的变形量为20％。通过采用上述技术方案，不锈钢钢丝的抗拉强度为1921MPa。

在一个实施方案中，在所述步骤S4中，所述冷拔包括两次冷拔，第一次冷拔的变形量为15-20％，第二次冷拔的变形量为8-12％。

在本申请中，冷拔具有两方面的作用，第一，冷拔对冷拉丝材的外周面进行不断挤压，对冷拉丝材内部组织进行改变，有效地提高不锈钢钢丝的抗拉强度；第二，冷拔过程在拉力的作用下牵引冷拉丝材通过模具，能够获得尺寸精度高，形状均匀的冷拔丝材。冷拔操作需要进行两次冷拔，两次冷拔的变形量逐渐减小，可以更好的提高不锈钢钢丝的抗拉强度。

在一个实施方案中，所述第一次冷拔的变形量为18％，所述第二次冷拔的变形量为10％。

在一个实施方案中，在所述步骤S5中，所述热处理包括正火和回火；

其中所述正火的加热温度为920-980℃，保温时间为3-5h；

其中所述回火的加热温度为680-720℃，保温时间为1-2h。

在一个实施方案中，所述正火的加热温度950℃，保温时间为4h，所述回火的加热温度为700℃，保温时间为1h。

第三方面，本申请提供了一种不锈钢钢丝的应用，所述不锈钢钢丝用于制备弹簧垫片。

利用本申请所述的化学元素，包括C：0.03-0.04％；Si：0.4-0.55％；Mn：1.0-1.5％；Cr：17.0-18.0％；Ni：8.0-10.0％；Ti：0.1-0.5％；；P≤0.03％；S≤0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。再经过本申请所述的制备方法，包括冶炼，轧制，冷拉，冷拔和热处理等步骤，能够使不锈钢钢丝抗拉强度在1450MPa以上。

利用本申请所述的不锈钢钢丝生产制备弹簧垫片，能够抵抗螺母与螺栓之间产生的压力和二者旋转过程中产生的拉力，保证弹簧垫片不断裂。本申请中的不锈钢钢丝可以为圆丝或方丝，其中圆丝的直径为0.5-14mm；其中方丝的规格有0.8mm*0.8mm，0.8mm*1.2mm，1.6mm*2.5mm，方丝和圆丝的规格可以根据生产的需要进行调整。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过调整不锈钢钢丝中化学元素的配比，使不锈钢钢丝的抗拉强度提高，抗拉强度在1400MPa以上；

2、通过本申请所述不锈钢钢丝的制备方法，能够提高不锈钢钢丝抗拉强度，抗拉强度在1450MPa以上；

3、本申请所述不锈钢钢丝的制备方法，优选采用三次冷拉、两次冷拔和正火、回火的热处理，能够提高不锈钢钢丝的抗拉强度，使抗拉强度在1550MPa以上；

4、本申请所述不锈钢钢丝的制备方法，优选采用三次冷拉、两次冷拔和正火、回火的热处理，冷拉和冷拔过程中的变形量逐渐减小，不锈钢钢丝的抗拉强度在1800MPa以上。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用仪器、材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。

实施例

实施例1

本申请所述不锈钢钢丝的制备方法，包括以下步骤：

S1：合金冶炼制备钢锭

(1)感应电弧炉进行初步熔炼

按照化学元素为C：1.2％；Mn：1.25％；Cr：17.40％；Ni：9.12％；Ti：0.2％；P：0.028％；S：0.002％，余量为Fe进行配料。将废钢、高碳铬铁、高碳锰铁、镍板和钛铁加入到感应电弧炉中，逐渐升温，在1570℃进行熔炼，经过熔炼后制得初炼钢水，检测初炼钢水中化学元素是否符合要求。如果化学元素不符合要求，进行成分的调整，直至符合要求；如果化学元素符合要求，出钢进行精炼。

(2)氩氧精炼炉进行精炼

将所述初炼钢水加入氩氧精炼炉(AOD)中进行精炼。精炼的氧化期吹入混合气体进行冶炼，该混合气体由氮气和氧气按照3:1的体积比组成。精炼的还原期全程吹入氮气进行冶炼，加入硅铁进行还原，将初炼钢水的化学元素调整为C：0.032％；Si：0.49％；Mn：1.25％；Cr：17.40％；Ni：9.12％；Ti：0.2％；P：0.028％；S：0.002％，余量为Fe，检测成分合格后进行浇铸，得到钢锭。

S2：将所述钢锭进行轧制，制得钢线材

将钢锭进行加热，加热温度为1000℃，保温时间为1h，在线材轧机上，将加热后的钢锭轧制成直径为φ30mm的钢线材。

将直径为φ30mm的钢线材进行冷拔和热处理，制得不锈钢钢丝。冷拔过程包括两次冷拔，第一次冷拔的变形量为50％，第二次冷拔的变形量为60％。热处理的加热温度为1080℃，保温2h，然后水冷。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，实施例2的精炼过程中调整化学元素为：C：0.04％；Si：0.55％；Mn：1.5％；Cr：18.0％；Ni：10.0％；Ti：0.5％；P：0.028％；S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实施例3的精炼过程中调整化学元素为：C：0.03％；Si：0.4％；Mn：1.0％；Cr：17.0％；Ni：8.0％；Ti：0.1％；P：0.028％；S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，实施例4包括以下步骤：

S3：将所述钢线材进行冷拉，制得冷拉丝材

将直径为φ30mm的钢线材进行三次冷拉，制得冷拉丝材，第一次冷拉的变形量为60％，第二次冷拉的变形量为30％，第三次冷拉的变形量为20％。

S4：将所述冷拉丝材进行冷拔，制得冷拔丝材

将冷拉丝材进行两次冷拔，制得冷拔丝材，第一次冷拔的变形量为18％，第二次冷拔的变形量为10％。

S5：将所述冷拔丝材进行热处理，制得不锈钢钢丝

将冷拔丝材进行正火热处理和回火热处理，其中正火的加热温度为950℃，保温时间为4h；回火的加热温度为700℃，保温时间为1h。

实施例5-20与实施例4的区别如表1所示。

表1实施例5-20与实施例1的区别

表1中“-”表示不进行处理，如实施例17，只进行两次拉伸。

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的精炼中调整化学元素为：C：0.1％；Si：0.6％；Mn：1.8％；Cr：20.0％；Ni：11.0％；Ti：0.6％；P：0.028％；S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2为市售35CrMoφ30钢棒，化学元素为：C：0.37％、Si：0.22％、Mn：0.56％、S：0.005％、P：0.013％、Cr：0.92％、Mo：0.18％，余量为铁。

对比例3

对比例3与实施例4的区别在于，对比例3为市售35CrMoφ30钢棒，化学元素为：C：0.37％、Si：0.22％、Mn：0.56％、S：0.005％、P：0.013％、Cr：0.92％、Mo：0.18％，余量为铁。

性能检测试验

1、检测不锈钢钢丝中化学元素的含量

利用参照ASTM E 354标准，采用光谱化学法对实施例1-3和对比例1制备的不锈钢钢丝进行检测。由于实施例1和实施例4-20制备的钢锭为同一炉钢水浇铸而成，因此，只对实施例1进行化学元素含量的检测。具体检测结果如表2所示。

表2不锈钢钢丝中化学元素的含量(％)

组别	C	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	N	P	S	Fe
											实施例1	0.032	0.491	1.249	17.405	9.122	0.201	0.050	0.028	0.002	余量
实施例2	0.039	0.548	1.501	18.002	9.998	0.499	0.050	0.028	0.002	余量
											实施例3	0.0298	0.402	1.012	16.999	8.012	0.105	0.051	0.026	0.002	余量
对比例1	0.102	0.612	1.815	20.016	11.021	0.608	0.050	0.028	0.002	余量

表2中化学元素均符合制备要求。

2、检测不锈钢钢丝的力学性能

将实施例1-20和对比例1-3制备的不锈钢钢丝进行拉伸性能检测，参照标准为GB/T 13239-2006《金属材料低温拉伸试验方法》，具体检测结果如表3所示。

表3拉伸性能检测结果

结合实施例1-3和对比例1-2并结合表3可以看出，当不锈钢钢丝的制备方法相同时，化学元素的改变影响着不锈钢钢丝的抗拉强度。由实施例1-3制备获得不锈钢钢丝，不锈钢钢丝的抗拉强度1400MPa以上。由对比例1-2制备获得不锈钢钢丝，不锈钢钢丝的抗拉强度1000MPa以上。

结合实施例1和实施例4-20并结合表3可以看出，当不锈钢钢丝中化学成分不变时，制备方法的改变影响着不锈钢钢丝的抗拉强度。由实施例1和实施例4-20制备获得不锈钢钢丝，不锈钢钢丝的抗拉强度1440MPa以上。较优的是实施例4-13制备获得不锈钢钢丝，不锈钢钢丝的抗拉强度1800MPa以上。更优的是实施例4制备获得不锈钢钢丝，不锈钢钢丝的抗拉强度达到1921MPa以上。

结合实施例4-7和实施例14-15并结合表3可以看出，通过改变冷拉的变形量，影响着不锈钢钢丝的抗拉强度，实施例4-7中变形量逐步减小，不锈钢钢丝的抗拉强度在1850MPa以上。实施例14中变形量逐步变大，不锈钢钢丝的抗拉强度为1548MPa。实施例15变形量先减小后增大，不锈钢钢丝的抗拉强度为1602MPa。

结合实施例4和实施例17-20并结合表3可以看出，实施例17中冷拉次数为两次，不锈钢钢丝的抗拉强度为1491MPa；实施例18中冷拉次数为一次，不锈钢钢丝的抗拉强度为1484MPa；实施例19中冷拔次数为一次，不锈钢钢丝的抗拉强度为1499MPa；实施例20中不包括回火处理，不锈钢钢丝的抗拉强度为1462MPa。

结合对比例2和对比例3并结合表3可以看出，对比例2和对比例3均采用的是市售35CrMo，化学元素保持一致，制备方法不同。对比例3采用的是三次冷拉、两次冷拔和正火、回火的热处理，对比例3相较于对比例2的抗拉强度提高211MPa。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本申请的原理而采用的示例性实施方式，然而本申请并不局限于此。对于本领域内的技术人员而言，在不脱离本申请的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种不锈钢钢丝，其特征在于，按质量百分比计，包括C：0.03-0.04%；Si：0.4-0.55%；Mn：1.0-1.5%；Cr：17.0-18.0%；Ni：8.0-10.0%；Ti：0.1-0.5%；P≤0.03%；S≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述不锈钢钢丝，其特征在于，包括C：0.032%；Si：0.49%；Mn：1.25%；Cr：17.40%；Ni：9.12%；Ti：0.2%；P：0.028%；S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.一种如权利要求1或2所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：合金冶炼制备钢锭；

S2：将所述钢锭进行轧制，制得钢线材；

S3：将所述钢线材进行冷拉，制得冷拉丝材；

S4：将所述冷拉丝材进行冷拔，制得冷拔丝材；

S5：将所述冷拔丝材进行热处理，制得不锈钢钢丝。

4.根据权利要求3所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，合金冶炼采用感应电弧炉进行初步熔炼，采用氩氧精炼炉进行精炼。

5.根据权利要求3所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述冷拉包括三次冷拉，第一次冷拉的变形量为50-60%，第二次冷拉的变形量为30-40%，第三次冷拉的变形量为15-25%。

6.根据权利要求5所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，所述第一次冷拉的变形量为60%，所述第二次冷拉的变形量为30%，所述第三次冷拉的变形量为20%。

7.根据权利要求3所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述冷拔包括两次冷拔，第一次冷拔的变形量为15-20%，第二次冷拔的变形量为8-12%。

8.根据权利要求7所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，所述第一次冷拔的变形量为18%，所述第二次冷拔的变形量为10%。

9.根据权利要求3所述不锈钢钢丝的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述热处理包括正火和回火；

其中所述正火的加热温度为920-980℃，保温时间为3-5h；

其中所述回火的加热温度为680-720℃，保温时间为1-2h。

10.一种不锈钢钢丝的应用，其特征在于，所述不锈钢钢丝用于制备弹簧垫片。