CN115233115A - 一种冷镦辐条用不锈钢丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷镦辐条用不锈钢丝，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 10～15％、Mo 2.5～6.5％，Ni 6.5～10.5％，Co 7～15％，Al 0.5～4.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法。本发明的不锈钢丝因Mo、Co和Al的加入而具有优异的韧性、抗拉强度和耐腐蚀性，其磁性也得到了较大的提升。在对不锈钢丝进行拉拔时，先使用小减面率的工艺对其进行拉拔，中间几道次采用大减面率工艺制作，最后减小减面率进行再次拉拔，可有效降低不锈钢丝的磁性。

Description

一种冷镦辐条用不锈钢丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及辐条领域，具体涉及一种冷镦辐条用不锈钢丝及其制备方法。
背景技术
随着对健康生活方式和环保理念的倡导，自行车作为一种绿色代步工具和健身方式一直都深受人们的青睐，人们对自行车的性能逐渐提出了越来越高的要求。在影响自行车性能的各重要部件中，辐条是车辆使用过程中最易出现问题的部件之一，其常见问题有生锈、断裂等。这些问题不仅影响车的美观，而且不利于骑乘的舒适性和安全性。
辐条材料是辐条性能的决定性因素。近年来，辐条材料由传统的碳钢逐渐向不锈钢转变。相比于碳钢产品，不锈钢制品在生产工艺环保性、力学强度、耐蚀性、外观等方面有明显优势。目前国内外已有多种牌号的辐条用不锈钢，例如SUS304、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Mo、12Cr18Ni9、06Cr18Mn3Ni8N等，虽然这些类型的不锈钢制作成的不锈钢丝具有较好的力学性能和耐腐蚀性，但是，由于不锈钢材料本身带有磁性或加工过程中处理不当，制作成的不锈钢丝大多都带有较大的磁性，这对辐条的使用将会产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷镦辐条用不锈钢丝及其制备方法，以增强不锈钢丝的力学性能及耐腐蚀性，并降低其磁性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种冷镦辐条用不锈钢丝，其特征在于，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 10～15％、Mo 2.5～6.5％，Ni6.5～10.5％，Co 7～15％，Al 0.5～4.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步优选的技术方案为，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 10～12％、Mo 4.5～6.5％，Ni 6.5～8％，Co 12～15％，Al 0.5～2.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步优选的技术方案为，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 13～15％、Mo 2.5～4.5％，Ni 8.5～10.5％，Co 7～10％，Al 2.5～4.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
为了改善不锈钢丝的力学性能和耐腐蚀性，减小其磁性，本发明提供的技术方案是在成分中加入少许Mo元素以替换部分Cr，同时增加一定量的Co元素以替换Ni，并对各元素的占比进行适量的调整。
根据不锈钢成分设计Schaeffler图即图1可知：
铬当量＝wt.％Cr+wt.％Mo+0.5wt.％(Si+Ti)+3wt.％Al+wt.％V，
镍当量＝wt.％Ni+30wt.％(C+N)+0.5wt.％Mn+0.3wt.％Cu。各元素前的数字为该元素形成奥氏体化能力相当于镍形成奥氏体能力的倍数。
Cr是铁素体形成元素，作用是缩小奥氏体相区和扩大铁素体相区，对于高Cr的奥氏体不锈钢，必须添加Mn、Ni、N等奥氏体形成元素以稳定奥氏体组织。Cr与N元素会生成氮化物如CrN、Cr2N等，也会与C元素生成碳化物，如Cr23C6、Cr7C3等，这些沉淀物将降低基体的结合能，并影响钢材的耐腐蚀性能和塑性。Cr在不锈钢上的突出作用是提高耐腐蚀性，这是因为在材料表面形成了Cr2O3钝化膜以保护钢不受腐蚀。从图1中可以看出，若要在不锈钢中形成稳定的奥氏体，一般合金中Cr的含量不低于13％。
Ni是奥氏体不锈钢中重要元素，它是形成奥氏体的首选元素，因为Ni对不锈钢的贡献是多方面的，除了能形成稳定奥氏体外，由于不锈钢中Cr-Ni共存，Ni可促进不锈钢钝化膜稳定性，可显著提高不锈钢塑、韧性，可降低不锈钢的脆性转变温度，具有抗低温性和抗磁性及对冷成型性和焊接性有利等特征。
Mo是铁素体形成元素，可以强化基体。Mo不仅能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能；结构钢中加入Mo，可以抑制脆性，提高机械性能。Mo的加入还可以使不锈钢的钝化膜更致密牢固，改善耐点腐蚀的性能，特别在氯化物溶液(Cl-)中，和Cr交互作用效果更明显。在Ni-Cr类不锈钢中，适量添加Mo元素，同时减小Cr的含量，不仅可以提升不锈钢的耐腐蚀性能，同时也可稳定奥氏体组织。本发明的技术方案中，Cr的含量为10～14％，Mo的含量为2.5～6.5％。
Al是铁素体形成元素，常用的脱氧剂。Al可细化晶粒，提高钢的冲击韧性；Al还具有增强抗氧化性和抗腐蚀性能的作用。Al2O3钝化膜相对于Cr2O3钝化膜而言更加细致加密，热力学稳定性更好；同时Al2O3氧化层可提高合金高温抗氧化性能，使其可在更高温度和恶劣的环境中应用。Al的不足是其含量会影响钢的热加工和切削加工性能，Al还使奥氏体相区缩小，并增加层错能抑制马氏体相变。本发明的不锈钢成分种，Al的含量控制在0.5～2.5％。
Co是铁素体形成元素，可使钢的热加工曲线左移，降低过冷奥氏体的稳定性和淬透性，加入Co可使Fe的自扩散系数增加，以获得超高强度和良好的综合机械性能。向不锈钢的成分中加入适量Co，同时稍微减少Ni的含量，有助于提升不锈钢的综合性能。Co的含量控制在7～15％，Ni的含量控制在6.5～10.5％。
从镍当量公式中可见，C与N是形成奥氏体能力最强的两个元素，是Ni的30倍；但是在奥氏体不锈钢中一般不采用C作为形成奥氏体的元素，因为，随着钢中C含量的增加，虽然可以提高强度，但是钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性、焊接性等要显著降低，一般认为其弊远远大于利，所以C含量要尽量降低，本发明碳含量确定为≤0.08％。
近年来，N被大量应用在奥氏体和双相不锈钢中，因为N通过固溶强化可显著提高钢的强度，同时钢中含有足够量的铬元素，N可提高钢的钝化能力，提高奥氏体不锈钢耐蚀性。综上所述，本发明的冷镦不锈钢丝，具有低屈强比、高塑性、抗氧化性好、抗低温性好、抗磁性好、抗晶间腐蚀等诸多优点，因此可部分替代OCr18Ni9等传统的Cr-Ni奥氏体不锈钢。
为了防止不锈钢丝在拉拔等工序中发生成分偏析，或因形变诱导导致奥氏体不锈钢中产生较多的磁性相如马氏体、铁素体等，本发明优选的技术方案为，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 10～12％、Mo 4.5～6.5％，Ni 6.5～8％，Co 12～15％，Al0.5～2.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质；或Cr 13～15％、Mo 2.5～4.5％，Ni 8.5～10.5％，Co 7～10％，Al 2.5～4.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。通过进一步限缩Cr、Ni、Co、Mo的含量，将不锈钢成分的变化限制在一个较小的范围内。
本发明还公开了一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为5.5-6.5mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为100-150℃，烘烤时间为10-20秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行6～9道次连续拉拔处理，拉拔时控制减面率先增后减，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1100±30℃，线速度10～12m/分，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，得到辐条用不锈钢丝成品。
进一步优选的技术方案为，在拉拔处理步骤中，拉拔时第一二道次减面率为16～24％，第三四道次减面率为24～30％，最后几道次减面率为20～22％。
进一步优选的技术方案为，在成品拉拔处理步骤中，单道次拉拔时的减面率为20～22％。
室温下奥氏体不锈钢一般以亚稳态的奥氏体相存在，且在室温下奥氏体组织具有较低的堆垛层错能，拉拔形变将导致亚稳态的奥氏体向马氏体转变，通常称该过程为形变诱导马氏体相变。若制成的不锈钢丝中马氏体含量较高，则不锈钢丝的磁性会较强。为了降低不锈钢丝的磁性，本发明采用的技术方案是提供一种不锈钢丝的制备方法，使用该方法对皮膜处理后的不锈钢丝进行拉拔时，将第一二道次的减面率设置较低，三四道次的减面率设置较高，后面再减小减面率进行拉拔处理，将小减面率配置在前，使不锈钢中有较多的奥氏体向马氏体转变，在后续继续拉拔处理时，先形成的马氏体也随之参与后续道次的塑性变形，此时如果采用大减面率的工艺进行拉拔，由于拉拔时温度较高，已形成的马氏体可能会发生部分逆转变，使得最终产生的马氏体含量较小。
本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明的不锈钢丝因Mo、Co和Al的加入而具有优异的韧性、抗拉强度和耐腐蚀性，其磁性也得到了较大的提升。
2、在对不锈钢丝进行拉拔时，先使用小减面率的工艺对其进行拉拔，中间几道次采用大减面率工艺制作，最后减小减面率进行再次拉拔，可有效降低不锈钢丝的磁性。
附图说明
图1是不锈钢成分设计Schaeffler图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种冷镦辐条用不锈钢丝，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr10％、Mo 6.5％，Ni 6.5％，Co 15％，Al 1％，C 0.08％，N 0.06％，Si 0.6％，P 0.03％，S0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为6.5mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为150℃，烘烤时间为10秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行9道次连续拉拔处理，第一至三道次拉拔时减面率为24％，第四到六道次减面率为30％，第七到九道次的减面率为20％，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1130℃，线速度10m/分，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，拉拔时减面率为20％，得到辐条用不锈钢丝成品。
实施例2
一种冷镦辐条用不锈钢丝，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr12％、Mo 4.5％，Ni 10.5％，Co 7％，Al 0.5％，C 0.08％，N 0.06％，Si 0.6％，P 0.03％，S0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为6.5mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为100℃，烘烤时间为20秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行6道次连续拉拔处理，第一二道次拉拔时减面率为20％，第三四道次减面率为28％，第五六道次的减面率为22％，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1100℃，线速度12m/分，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，拉拔时减面率为22％，得到辐条用不锈钢丝成品。
实施例3
一种冷镦辐条用不锈钢丝，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr13％、Mo 2.5％，Ni 8％，Co 8％，Al 2.5％，C 0.06％，N 0.1％，Si 0.5％，P 0.03％，S0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为5.5mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为120℃，烘烤时间为20秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行7道次连续拉拔处理，第一二道次拉拔时减面率为16％，第三四道次减面率为30％，第五至七道次的减面率为20％，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1070℃，线速度10m/分，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，拉拔时减面率为20％，得到辐条用不锈钢丝成品。
实施例4
一种冷镦辐条用不锈钢丝，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr15％、Mo 2.5％，Ni 8.5％，Co 12％，Al 0.5％，C 0.07％，N 0.08％，Si 0.5％，P 0.03％，S0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为5.8mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为120℃，烘烤时间为15秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行7道次连续拉拔处理，第一至三道次拉拔时减面率为16％，第四五道次减面率为24％，第六七道次的减面率为20％，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1100℃，线速度12m/分，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，拉拔时减面率为20％，得到辐条用不锈钢丝成品。
实施例5
一种冷镦辐条用不锈钢丝，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr11％、Mo 2.5％，Ni 10.5％，Co 10％，Al 4％，C 0.08％，N 0.06％，Si 0.5％，P 0.03％，S0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种冷镦辐条用不锈钢丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为6.5mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为120℃，烘烤时间为15秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行7道次连续拉拔处理，第一二道次拉拔时减面率为20％，第三到六道次减面率为24％，第七道次的减面率为20％，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1100℃，线速度12m/分，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，拉拔时减面率为20％，得到辐条用不锈钢丝成品。
截取实施例1-5制作的钢丝，按照国标GB/T228.1-2010对其进行抗拉强度和断裂伸长率的测定，按照国标GB/T238-200对其进行弯曲次数的测定。关于耐腐蚀性能，按照GB/T10125-2012对其进行盐雾试验，实验条件为温度36℃、NaCl浓度53g/L、PH值7、试验周期144h，试验后判断外观是否有锈斑，质量是否有损失。将不同应变状态下的不锈钢丝放置于可变磁场中，采用磁通计对其饱和磁化强度进行测量和计算，将上述测试结果记录在下表中。
Figure BDA0003757613860000101
从表中数据可以看出，本发明的不锈钢丝具有较好的力学性能，和304不锈钢相比(6mm的304不锈钢丝，饱和磁化强度为39.56emu/g)，其饱和磁化强度较低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种冷镦辐条用不锈钢丝，其特征在于，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 10～15％、Mo 2.5～6.5％，Ni 6.5～10.5％，Co 7～15％，Al 0.5～4.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的不锈钢丝，其特征在于，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 10～12％、Mo 4.5～6.5％，Ni 6.5～8％，Co 12～15％，Al 0.5～2.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的不锈钢丝，其特征在于，按质量百分含量计，所述不锈钢丝的成分包括Cr 13～15％、Mo 2.5～4.5％，Ni 8.5～10.5％，Co 7～10％，Al 2.5～4.0％，C≤0.08％，N 0.06～0.10％，Si≤0.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的不锈钢丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)皮膜处理：采用皮膜剂对直径为5.5-6.5mm的不锈钢线材进行在线表面皮膜处理，并在线烘干炉烘干，炉温为100-150℃，烘烤时间为10-20秒；
(2)拉拔处理：将经步骤(1)处理后的不锈钢线材在拉丝机上进行6～9道次连续拉拔处理，拉拔时控制减面率先增后减，拉拔后收线得到半成品；
(3)清洗退火：工字轮放线后采用清洗剂对钢丝表面进行处理，水洗、吹干后进入管式炉进行连续光亮热处理，炉温1100±30℃，线速度10～12m/min，管内通入含75％的H2和25％的N2的混合气体保炉，出炉后水冷处理；
(4)成品拉拔处理：将经过步骤(3)处理后的钢丝放入拉丝机中对其进行单道次拉拔处理，得到辐条用不锈钢丝成品。
5.根据权利要求4所述的不锈钢丝的制备方法，其特征在于，在拉拔处理步骤中，拉拔时第一二道次减面率为16～24％，第三四道次减面率为24～30％，最后几道次减面率为20～22％。
6.根据权利要求4所述的不锈钢丝的制备方法，其特征在于，在成品拉拔处理步骤中，单道次拉拔时的减面率为20～22％。
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