一种高强度钢拉杆用合金材料及其处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度钢拉杆用合金材料及其处理工艺，加入了镍元素，提高了钢拉杆的强度和韧性，提高了淬透性与抗腐蚀能力，增加了C和N元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，同时在处理中利用真空脱气炉进行脱气，利用氩气保护模铸，避免了产品中产生气孔，进一步提高产品的质量；本发明所设计的高强度钢拉杆用合金材料及其处理工艺克服现有技术的缺点，强度高、无污染、淬透性好、不易开裂且松弛度低。
【专利说明】一种高强度钢拉杆用合金材料及其处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度钢拉杆用合金材料及其处理工艺。
【背景技术】
[0002]目前阀门的运用在很多领域起到关键的作用，由于钢拉杆的使用环境受到其材质的影响，并且钢拉杆也存在缺陷，如:耐磨擦能力低，耐高温性能差，强度低，使用寿命短等，由于钢拉杆的屈服强度较低，在施工过程中受人为活动荷载作用，常使钢拉杆受力弯曲变形，不能满足钢筋混凝土保护厚度的构造限制而产生裂缝，造成工程质量隐患。
[0003]现有技术中，钢材原料成分中碳和氮元素的原子活性较低，各原子形成的气团不能与位错形成强烈的相互作用，外界无需提供较大的应力就能开动位错，从而使性能很不稳定，同时钢拉杆锻坯中氢含量在2.0ppm以上，钢拉杆锻坯容易产生裂纹从而诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种强度高、无污染、淬透性好、不易开裂及松弛度低的高强度钢拉杆用合金材料及其处理工艺。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明设计了一种高强度钢拉杆用合金材料，其重量百分比成分为:碳:0.30%-0.35%、硅:0-0.30%、锰:0-0.90%、铬:0.80%-1.20%、镍:3.50%-4.00%、钥:0.50%-0.60%、磷:0-0.015%,硫:0-0.015%,氢:0-2.0ppm,钒:0.10%-0.20%、钛:0-0.020%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、稀土:0.12-0.15%，微量杂质:0-0.50%，其余为 Fe ；
稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.3-5.5%，Pr:12.4-12.6%，Dy:3.6-3.9%，Ac:7.6-7.8%, Nd:5.8-6.0%, Sm:11.5-11.8%, Ce:15.3-15.5%, Lu: 13-15%，余量为 La ；技术效果:本发明以铬镍钥合金结构钢为坯料，可提高钢的韧性、弹性、耐磨性及抗击性能，并使钢质紧密，并且钢中的钒非常稳定，不易被盐酸、硫酸所分解，加入钒后的钢淬透性好，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂；
本发明中加入了镍元素，可以提高刚的强度和韧性，提高钢的淬透性，可以改变钢的一些物理性能，并且提高钢的抗腐蚀能力，从而可以提高C和N元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，钉扎位错，产生屈服平台，使得需要外界提供较大的应力才能开动位错。
[0006]本发明的限定技术方案为:
进一步的，前述的高强度钢拉杆用合金材料，其重量百分比成分为:碳:0.30%、硅:0.10%、锰:0.40%、铬:0.80%、镍:3.50%、钥:0.50%、磷:0.01%、硫:0.01%、氢:1.0ppm,钒:0.10%、钛:0.010%、铜:0.10%、铝:0.02%、稀土:0.12%，微量杂质:0.20%，其余为 Fe ；稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.3%，Pr:12.4%，Dy:3.6%，Ac:7.6%，Nd:5.8%, Sm:11.5%, Ce:15.3%, Lu: 13%，余量为 La。
[0007]前述的高强度钢拉杆用合金材料，其重量百分比成分为:碳:0.35%、硅:0.30%、锰:0.90%、铬:1.20%、镍:4.00%、钥:0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氢:2.0ppm、钒:0.20%、钛:0.020%、铜:0.20%、铝:0.05%、稀土:0.15%，微量杂质:0.50%，其余为 Fe ；
稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.4%，Pr:12.5%，Dy:3.7%，Ac:7.8%，Nd:0%，Sm:11.6%, Ce:15.4%, Lu: 14%，余量为 La。
[0008]本发明还设计了一种高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺，包括如下步骤:
步骤(I):在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至450-550°C后加入合金材料，然后加热至
1400-1450°C，保温 l-2h ；
步骤(2):LF炉精炼，精炼温度为1700-1720°C，成份微调，时间在2_3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求，用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1520?1530°C，真空度48-50帕，抽气时间在4-6h ；
在LF炉精炼冶炼，保证了冶炼的质量，并且在真空脱气炉进行脱气，用氩气保护模铸，避免了产品中产生气孔，进一步提高产品的质量，将锻造好的毛坯进行两次热处理，显著提高阀门的抗腐蚀性和耐磨性，提高产品的使用寿命，降低成本，并且在阀门部件的表面喷涂石墨粉磨，增加其表面的耐磨性和强度；
步骤(3):出加热炉后采用水冷以23-25°C /s的冷却速率将水冷至925-935°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640°C后通过第一冷却工艺冷却到常温；
步骤(4):初步热轧，初步热轧温度为1220-1250°C，初步热轧完成后通过第二冷却工艺冷却至室温，然后回热至1150°C并进行二次热轧，二次热轧完成温度为850°C，二次热轧后对其进行水冷/空冷二次循环间歇淬火处理；
步骤(5):使用高压喷射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷却至150-200°C，保温5-8h，然后风冷以20-25 °C /s的速度冷却至室温，最后清洗表面。
[0009]前述的高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺，步骤(3)中回火至620_640°C后先保温30-45min，第一冷却工艺具体为:用水冷以12_15°C /s的速度冷却至室温；
步骤(4)中第二冷却工艺具体为:用油冷以13-15°C /s的速度冷却至室温。
[0010]前述的高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺，步骤(4)中空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/3 ;此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.3米/秒；
利用水冷/空冷间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于36°C，通过水冷/空冷三次循环间歇淬火，最大限度地防止了淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火，降低淬火温度可有效地防止钢筋淬裂倾向；
同时可以使碳化物进一步充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量在35%左右，可以进一步使材料固溶充分，避免了热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标，巩固了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
本实施例提供了一种高强度钢拉杆用合金材料，其重量百分比成分为:碳:0.30%、硅:0.10%、锰:0.40%、铬:0.80%、镍:3.50%、钥:0.50%、磷:0.01%、硫:0.01%、氢:1.0ppm、钒:0.10%、钛:0.010%、铜:0.10%、铝:0.02%、稀土:0.12%，微量杂质:0.20%，其余为 Fe ；稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.3%，Pr:12.4%，Dy:3.6%，Ac:7.6%，Nd:5.8%, Sm:11.5%, Ce:15.3%, Lu: 13%，余量为 La ；
本实施例中高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺具体为:
步骤(I):在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至450-550°C后加入合金材料，然后加热至1400-1450°C，保温 l-2h ；
步骤(2):LF炉精炼，精炼温度为1700-1720°C，成份微调，时间在2_3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求，用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1520?1530°C，真空度48-50帕，抽气时间在4-6h ；
在LF炉精炼冶炼，保证了冶炼的质量，并且在真空脱气炉进行脱气，用氩气保护模铸，避免了产品中产生气孔，进一步提高产品的质量，将锻造好的毛坯进行两次热处理，显著提高阀门的抗腐蚀性和耐磨性，提高产品的使用寿命，降低成本，并且在阀门部件的表面喷涂石墨粉磨，增加其表面的耐磨性和强度；
步骤(3):出加热炉后采用水冷以23-25°C /s的冷却速率将水冷至925-935°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640°C后通过用水冷以12-15°C /s的速度冷却至室温；
步骤(4):初步热轧，初步热轧温度为1220-1250°C，初步热轧完成后通过用油冷以13-15°C /s的速度冷却至室温，然后回热至1150°C并进行二次热轧，二次热轧完成温度为850 0C，二次热轧后对其进行水冷/空冷二次循环间歇淬火处理；
步骤(5):使用高压喷射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷却至150-200°C，保温5-8h，然后风冷以20-25 °C /s的速度冷却至室温，最后清洗表面。
[0012]实施例2
本实施例提供了一种高强度钢拉杆用合金材料，其重量百分比成分为:碳:0.35%、硅:0.30%、锰:0.90%、铬:1.20%、镍:4.00%、钥:0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氢:2.0ppm、钒:0.20%、钛:0.020%、铜:0.20%、铝:0.05%、稀土:0.15%，微量杂质:0.50%，其余为 Fe ；稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.4%，Pr:12.5%，Dy:3.7%，Ac:7.8%，Nd:0%，Sm:11.6%, Ce:15.4%, Lu: 14%，余量为 La ；
本实施例中高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺具体为:
步骤(I):在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至450-550°C后加入合金材料，然后加热至1400-1450°C，保温 l-2h ；
步骤(2):LF炉精炼，精炼温度为1700-1720°C，成份微调，时间在2_3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求，用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1520?1530°C，真空度48-50帕，抽气时间在4-6h ；
在LF炉精炼冶炼，保证了冶炼的质量，并且在真空脱气炉进行脱气，用氩气保护模铸，避免了产品中产生气孔，进一步提高产品的质量，将锻造好的毛坯进行两次热处理，显著提高阀门的抗腐蚀性和耐磨性，提高产品的使用寿命，降低成本，并且在阀门部件的表面喷涂石墨粉磨，增加其表面的耐磨性和强度；
步骤(3):出加热炉后采用水冷以23-25°C /s的冷却速率将水冷至925-935°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640°C后通过用水冷以12-15°C /s的速度冷却至室温；
步骤(4):初步热轧，初步热轧温度为1220-1250°C，初步热轧完成后通过用油冷以13-15°C /s的速度冷却至室温，然后回热至1150°C并进行二次热轧，二次热轧完成温度为8500C，二次热轧后对其进行水冷/空冷二次循环间歇淬火处理，空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/3 ;此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.3米/秒；
步骤(5):使用高压喷射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷却至150-200°C，保温5-8h，然后风冷以20-25 °C /s的速度冷却至室温，最后清洗表面。
[0013]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高强度钢拉杆用合金材料，其特征在于，其重量百分比成分为:碳:0.30%-0.35%,硅:0-0.30%、锰:0-0.90%,铬:0.80%_1.20%、镍:3.50%_4.00%、钥:0.50%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%,氢:0-2.0ppm,钒:0.10%_0.20%、钛:0-0.020%、铜:0-0.20%、铝:0-0.05%、稀土:0.12-0.15%,微量杂质:0-0.50%,其余为Fe ； 所述稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.3-5.5%，Pr: 12.4-12.6%，Dy:3.6-3.9%, Ac:7.6-7.8%, Nd:5.8-6.0%, Sm:11.5-11.8%, Ce:15.3-15.5%, Lu: 13-15%，余量为La。
2.根据权利要求1所述高强度钢拉杆用合金材料，其特征在于，其重量百分比成分为:碳:0.30%、硅:0.10%、锰:0.40%、铬:0.80%、镍:3.50%、钥:0.50%、磷:0.01%、硫:0.01%、氢:1.0ppm、钒:0.10%、钛:0.010%、铜:0.10%、铝:0.02%、稀土:0.12%，微量杂质:0.20%，其余为Fe ； 所述稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.3%,Pr:12.4%,Dy:3.6%, Ac:7.6%,Nd:5.8%, Sm:11.5%, Ce:15.3%, Lu: 13%，余量为 La。
3.根据权利要求1所述高强度钢拉杆用合金材料，其特征在于，其重量百分比成分为:碳:0.35%、硅:0.30%、锰:0.90%、铬:1.20%、镍:4.00%、钥:0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氢:2.0ppm、钒:0.20%、钛:0.020%、铜:0.20%、铝:0.05%、稀土:0.15%，微量杂质:0.50%，其余为Fe ； 所述稀土中，按重量百分比包含以下组分:Eu:5.4%,Pr:12.5%,Dy:3.7%, Ac:7.8%,Nd:0%, Sm:11.6%, Ce:15.4%, Lu: 14%，余量为 La。
4.一种高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下步骤: 步骤(I):在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至450-550°C后加入合金材料，然后加热至1400-1450°C，保温 l-2h ； 步骤(2):LF炉精炼，精炼温度为1700-1720°C，成份微调，时间在2_3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求，用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1520?1530°C，真空度48-50帕，抽气时间在4-6h ； 步骤(3):出加热炉后采用水冷以23-25°C /s的冷却速率将水冷至925-935°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640°C后通过第一冷却工艺冷却到常温； 步骤(4):初步热轧，所述初步热轧温度为1220-1250°C，初步热轧完成后通过第二冷却工艺冷却至室温，然后回热至1150°C并进行二次热轧，所述二次热轧完成温度为850°C，二次热轧后对其进行水冷/空冷二次循环间歇淬火处理； 步骤(5):使用高压喷射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷却至150-200°C，保温5-8h，然后风冷以20-25 °C /s的速度冷却至室温，最后清洗表面。
5.根据权利要求4所述高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺，其特征在于， 步骤(3)中回火至620-640°C后先保温30-45min，所述第一冷却工艺具体为:用水冷以12-15°C /s的速度冷却至室温； 步骤(4)中第二冷却工艺具体为:用油冷以13-15°C /s的速度冷却至室温。
6.根据权利要求4所述高强度钢拉杆用合金材料的处理工艺，其特征在于， 步骤(4)中空冷淬火的时间为水冷却时间的1/2，第一次空冷时间为第一次入水冷却时间的1/3 ;此后每个循环中入水冷却时间按前一个循环的0.8-0.7递减，出水空冷时间按前一循环的1.5-2递增，所述入水冷却的过程中，对水进行搅拌处理，其中，水的搅拌流速大于等于0.3米/秒。
【文档编号】C21D1/18GK104294170SQ201410622554
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月8日 优先权日:2014年11月8日
【发明者】姚圣法, 吴海洋 申请人:江苏天舜金属材料集团有限公司