CN1771341A - 用于钢材热机处理的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于热机处理钢材的方法，其中将原材料加热到再结晶温度以上的一个温度，使组织奥氏体化，保持温度平衡，然后变形并接着淬火到马氏体并退火，其中原材料由圆钢棒材构成，其再结晶温度在一个混铁炉中在棒材长度上看去均匀一致，然后使圆钢棒材通过斜轧基本上保持线性地变形，其中在超过临界变形率之后开始动态的再结晶过程，接着使圆钢棒为了完全静态的再结晶置于Ac3以上的温度再加热，并接着从奥氏体淬火到马氏体并退火。
Description
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于钢材热机处理的方法。
由DE 43 40 568 C2已知一种用于钢丝连续调质的方法，它包括下列步骤：
-将钢丝以一个85到100℃/s的速度快速加热到奥氏体区；
-使钢丝在奥氏体区保持10至60s；
-以一个＞80℃/s的速度将钢丝淬火到室温；
-以一个从85至95℃/s的速度快速加热到退火温度；
-保持退火温度60至100s；
-以一个＞50℃/s的对于水冷常见的速度冷却钢丝。
在步骤2与3之间可以紧邻Ac3温度以上轧制钢丝。在此钢丝在第一道次椭圆化，在第二道次轧圆并接着穿过精整喷嘴拉出。
在DE 195 46 204 C1中描述了一种用于加工高强度调质钢物品的方法并应用这种方法加工弹簧。含有(质量百分比)0.4至0.6％的C、达1％的Si、达1.8％的Mn、0.8至1.5％的Cr、0.03至0.10％的Nb、0至0.2％的V、其余为铁的钢材能够进行如下处理：
-使预制材料在奥氏体区在1050至1200℃的温度下扩散退火；
-紧接着使预制材料在再结晶温度以上的温度下在一个第一级中热变形；
-紧接着使预制材料在再结晶温度以下、但是在Ac3温度以上的温度下在一个第二级中热变形；
-接着使轧制产品保持在一个Ac3温度以上的温度下用于执行其它的变形和加工过程然后
-一直冷却到马氏体以下，
-接着进行退火。
由DE 196 37 968 C2已知一种用于高温热机加工用于板簧和/或板簧杆的弹簧板，它以两级热机的抛物线弹簧加工为基础。该方法具有下列步骤：
-将原材料以一个4℃/s至30℃/s的加热速度加热到奥氏体化温度；
-所述奥氏体化温度为1100□100℃，
-使材料从奥氏体化温度以在10℃/s至30℃/s之间的冷却速度冷却到第一轧制级的温度，
-首先在第一轧制级中在一个1050□100℃温度下以一个在弹簧板长度上非恒定的在15％至80％之间的变形在一个道次或多个道次中预轧，
-从第一轧制级的温度以一个在10℃/s至30℃/s之间的冷却速度冷却到第二轧制级的温度，
-在第二轧制级中在一个880□30℃的温度下以一个在弹簧板长度上恒定的在15％至45％之间的变形在一个道次或多个道次中通过可调节负荷的轧辊完成终轧。
最后DE 198 39 383 C2公开了一种用于热机处理用于受扭转负荷的弹簧元件的钢材的方法，其中原材料在一个再结晶温度以上的温度下变形并且接着在一个这样的再结晶温度以上的温度下在至少两个变形步骤中这样变形，由此产生动态的和/或静态的奥氏体再结晶。对变形产品的这种再结晶奥氏体进行淬火并退火。使用一种碳含量从0.35至0.75％的硅铬钢材，它与钒或一种其它的合金元素微合金。
由现有技术已知的用于热机处理由钢材制成的物体的方法基本上以多级变形步骤为基础，其中需要使原材料多次地冷却/加热，用于产生以后在最终产品上调节的参数。
本发明的目的是提供一种如权利要求1前序部分所述的用于加工钢制螺旋弹簧或稳定器的方法，它能够实现一种有针对性的、针对最终产品的负荷曲线的特性参数的改善。
这个目的通过一种具有权利要求1特征的方法得以实现。
本方法的有利结构方案或改进方案在权利要求2至24中描述。
按照本发明的方法规定，将原材料首先加热到再结晶温度以上的一个温度并接着在整个杆长上实现温度均匀。此外棒材的加热温度保持几乎恒定地直到进入轧缝。通过这个加工步骤致力于使棒材在进入轧缝之前不仅在其长度上而且在其横截面上都具有一个尽可能均匀的组织结构，这对于下面的变形过程是有利的。由于过程特有的斜轧特性并由于一个有针对性地确定的轧制参数在一级变形过程中调节在棒材边缘部位中材料的设定的扭转和在棒材横截面上的变形梯度。因为变形方向在斜轧时倾斜于轧制物的轴线延伸并且最大变形位于棒材边缘部位，因此由于变形引起的组织拉伸在该边缘区内显得特别剧烈并且组织取向对应于变形方向同样倾斜于轧制物轴线延伸。在超过临界的变形率之后动态的再结晶过程在这个边缘区中特别强烈地展开，因此确定再结晶率在棒材横截面上从外向里的梯度。在变形过程之后再加热到Ac3温度以上来完成静态的再结晶，它尤其在边缘区导致形成细颗粒的奥氏体。在淬火并接着退火之后所述边缘区显示出高强度的细奥氏体组织。
本发明与由现有技术已知的解决方案相比具有显著的优点。由有针对性地通过斜轧的一级变形与一个与其相协调的热处理相结合的结果使所处理的棒材在其横截面上具有一个强度曲线，它在边缘部位达到其最大值。由于斜轧引起的在圆棒材边缘部位中组织的扭转方向对应于一个承受扭转负荷的构件的主应力方向，因此由此产生的棒材特性为其尤其在弹簧工业中应用提供最佳的前提。通过按照本发明的方法产生在棒材横截面上的组织分布在加工完成的圆棒材中导致一个特性曲线，它对应于在弯曲和扭转负荷时在棒材横截面上的应力曲线。
因为为了形成这种有利的强度效果只需一个变形步骤并且下面的加工级基本上在加热中进行，因此也只需一个对于原材料的加热过程，这由于本方法导致明显节省能量和时间。因此按照本发明的方法与已知的方法相比不仅改善加工完成产品的针对负荷的强度特性和韧性特性，而且还由于最少量的加工步骤而显示出经济上的优点。
以有利的方式将圆棒形状的原材料以一个100至400K/s的加热速度感应地加热到700至1100℃之间的温度。接着使棒材的加热温度在其长度上均匀至少10秒。由此保证，温度差在棒材长度上不超过5K。通过一个适合的再加热装置使棒材的加热温度一直到进入轧缝保持恒定。变形本身通过斜轧在一个步骤中进行，其中棒材保持线性地穿过轧缝。根据原材料的材质最好在一个700至1150℃的温度范围中变形。这样选择原直径/最终直径的直径比，使得棒材的斜轧以一个大于1.3的平均拉伸率λ进行并且最大变形至少为ψ＝0.3。通过有针对性地调节轧制参数、如轧辊转数和进给速度并通过专门选择具有特殊角度关系的轧辊轮廓使得在边缘部位中的最大变形位于棒材直径的0.65至1.0之间并且调节一个所期望的在棒材横截面上的变形梯度。最好这样控制斜轧过程，使得在轧制物中最大局部温升不超过50K。
由于变形在超过一个临界的变形率之后开始动态的再结晶过程，它们在边缘部位由于最大变形显得比在棒材芯部位更加剧烈。对于变形梯度在棒材横截面上的形成有针对性的影响措施的结果是，在动态再结晶过程中就已经显示出在轧制物横截面上不同的组织分布。因此对按照本发明轧制的棒材的金相检验在再结晶状态显示出细奥氏体晶体的组分从边缘部位向着芯部位明显地降低。
在轧制物横截面上不同的组织结构还附加地由于斜轧的典型特性得到加强。因为在斜轧时变形方向倾斜于轧制物轴线延伸，因此尤其在轧制物的边缘部位由于更大的变形产生明显的组织拉伸。对应于变形方向所述组织拉伸也倾斜于轧制物轴线延伸并在边缘部位导致材料扭转。在按照本发明的方法过程中所述组织的扭转方向在棒材的边缘部位相对于棒材的纵轴线成35至65度角并且因此使它对应于一个承受扭转负荷的构件的主应力方向。
在所示的单级斜轧方法中要被轧制的棒材在其整个长度中穿过一个具有恒定的轧缝几何形状的轧缝。如果要在整个棒材长度上以一个相同的直径加工棒材，可以选择这种方法。按照本发明的方法还能够实现一种可选择的方法变型，其中在运行状态在要被轧制的棒材穿过轧缝期间改变轧缝的几何形状。这种灵活的方法以一个斜轧机架实现，其轧辊在需要时可以在变形期间在轴向和/或在径向上调整。通过这种方式按照本发明的方法能够实现在棒材长度上以变化的直径进行圆棒材加工。
斜轧的棒材直接在从轧制机架排出后以一个Ac3以上的温度再加热。再加热以这种方式进行，使得温度差在一个棒材的长度上限定在5K。
对应于以后的使用目的将斜轧的且在再结晶温度下再加热的棒材在加热中或者卷绕成一个螺旋弹簧或者弯曲成一个稳定器。
接着对卷绕的或弯曲的构件进行淬火然后进行退火。
用于加工扭杆弹簧的棒材在再加热后在冷态在其端部上进行机械加工，接着加热到Ac3以上，淬火并退火。
作为按照本发明的由斜轧与热处理相结合而加工完成的棒材宏观检验的结果是在棒材横截面上具有典型的组织分布。靠近边缘区具有高强度的细颗粒奥氏体组织。所述边缘区具有一个倾斜于棒材轴线延伸的连续的组织拉伸，其扭转方向对应于一个承受扭转负荷的构件的主应力方向。芯区的珠光体-马氏体混合组织具有比边缘部位组织更粗的颗粒并且没有扭转现象。
为了在最终产品中调节最佳的韧性参数和强度参数，在按照本发明的方法中作为原材料使用由弹簧钢、最好是碳含量＜0.8％的硅铬钢。另一种方案中，可以使这些钢材与钒或铌微合金。
借助于附图中的实施例示出本发明的内容并描述如下。
唯一的附图以原理结构示出按照本发明的由一种硅铬钢制成圆钢棒的热机处理的流水线。
要被处理的棒材在一个感应设备1中加热到再结晶温度以上的一个温度，其中其组织奥氏体化。在所示示例中使圆钢棒以一个130K/s的加热速度加热到980℃的温度。在一个串联于感应设备1的混铁炉2中对棒材加热温度进行15s的均匀，使得在棒材长度上的温度曲线具有一个4K的梯度。
以这个状态将均温的圆钢棒送入到保持炉3里面，用于使圆钢棒的温度直到轧缝入口保持恒定。已加热的棒材不仅在混铁炉2中而且在保持炉3中通过滚道6或7输送。
在一个斜轧机架4中使加热到980℃的圆钢棒在一个轧制步骤中变形。在此，这样选择原直径/最终直径的直径比，使得以一个λ＝1.5的平均拉伸率进行加工并且变形最大值至少为ψ＝0.3。通过有针对性地调节轧制参数、如轧辊转数或进给速度并通过专门选择具有特殊角度关系的轧辊轮廓，使得在棒材直径的0.65和1.0的边缘部位实现变形最大值并因此在棒材横截面上调节一个所期望的变形率。所述轧制参数这样相互协调，使得由于变形过程产生的一个最大局部温升在轧制物中不超过50K。在斜轧时倾斜于轧辊轴线延伸的变形方向在轧制物的边缘部位由于较大变形起到一个明显的组织拉伸的作用。这种组织拉伸对应于变形方向同样倾斜于轧制物轴线延伸并在这个棒材的边缘部位导致材料的扭转。在按照本发明的方法过程中组织的扭转方向相对于棒材的纵轴线成35至65度角，由此使它对应于一个承受扭转负荷的构件的主应力方向。
已轧制的棒材在其从斜轧机架4中排出后到达一个串联在机架上的再加热炉5，在其中为了保证一个完全静态的再结晶使所述棒材进行一次Ac3温度以上的再加热。棒材穿过再加热炉5的输送通过一个滚道8实现。在离开再加热炉5以后使斜轧的棒材通过一个输出滚道9继续输送。从这个输出滚道9将棒材输送到其它设定的加工步骤。
在图1中简示出一个用于加工卷绕的螺旋弹簧的加工线。然后将棒材通过输出滚道9传递到升降台10并使棒材从那里到达一个CNC卷绕机11，在那里在一个按照再结晶的加热中实现螺旋弹簧的卷绕。接着卷绕过程将卷绕成螺旋弹簧的棒材输送到一个淬火槽12，在其中使棒材淬火并使其组织转变成马氏体。接着使淬火的螺旋弹簧进行未示出的退火处理。
附图标记列表
1 感应设备
2 混铁炉
3 保持炉
4 斜轧机架
5 再加热炉
6 滚道
7 滚道
8 滚道
9 输出滚道
10 升降台
11 CNC卷绕机床
12 淬火槽
Claims (24)
1.一种用于钢材热机处理的方法，其中将原材料加热到再结晶温度以上的一个温度，奥氏体化，保持温度均匀，然后变形并最后淬火到马氏体并退火，其特征在于，从圆棒材开始，其加热温度在棒材长度上均匀，然后通过斜轧基本保持线性地这样变形，使得在边缘部位实现设定的材料扭转并在横截面上实现所期望的变形梯度，其中在超过临界变形率之后开始动态的再结晶过程，接着再加热到Ac3温度以上，以便接下来淬火和退火。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料以100-400K/s之间的速度进行加热。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述原材料被加热到一个位于700至1100℃之间的温度。
4.如权利要求1至3中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述加热感应地实现。
5.如权利要求1至4中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述棒材进行至少10秒的加热温度均匀。
6.如权利要求1至5中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述温度差在棒材长度上不超过5K。
7.如权利要求1至6中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述棒材的加热温度几乎保持恒定地直到其进入轧缝之间。
8.如权利要求1至7中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述变形通过斜轧在一个步骤中实现。
9.如权利要求1至8中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述棒材的斜轧以一个至少λ＝1.3的平均拉伸度实现。
10.如权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，在边缘部位的最大变形位于棒材直径的0.65至1.0之间并且φ最小为0.3。
11.如权利要求1至10中任一项或多项所述的方法，其特征在于，在斜轧时一个最大局部温升不超过50K。
12.如权利要求1至11中任一项或多项所述的方法，其特征在于，在相应的圆棒材边缘部位中的组织扭转方向对应于承受扭转负荷的构件的主应力方向。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在边缘部位中的组织扭转方向相对于棒材的纵轴线为35-65°。
14.如权利要求1至13中任一项或多项所述的方法，其特征在于，在加工完成的圆棒材的横截面上的组织分布形成一条特性曲线，它对应于在弯曲负荷和/或扭转负荷下的横截面上的应力曲线。
15.如权利要求1至14中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述斜轧在一个700至100℃之间的温度范围中进行。
16.如权利要求1至15中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述斜轧机架的轧辊在变形期间在轴向和/或径向上调节并且在其圆棒材长度上以一个变化的直径加工圆棒材。
17.如权利要求1至16中任一项或多项所述的方法，其特征在于，接着斜轧再加热到Ac3以上时温度差在棒材长度上限制到最大5K。
18.如权利要求1至17中任一项或多项所述的方法，其特征在于，从弹簧钢开始。
19.如权利要求1至17中任一项或多项所述的方法，其特征在于，从一种硅铬钢开始。
20.如权利要求1至17中任一项或多项所述的方法，其特征在于，从一种微合金钢开始。
21.如权利要求1至20中任一项或多项所述的方法，其特征在于，将斜轧的、基本线性的棒材卷绕成一个螺旋弹簧。
22.如权利要求1至20中任一项或多项所述的方法，其特征在于，将斜轧的、基本线性的棒材弯曲成一个稳定器。
23.如权利要求1至20中任一项或多项所述的方法，其特征在于，将斜轧的棒材作为扭杆保持得基本线性并加工其端部。
24.如权利要求21或20所述的方法，其特征在于，所述卷绕和/或弯曲在按照再结晶的加热中并在淬火和退火前进行。
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