一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料及其生产工艺的制作方法

本发明属于冶金材料
技术领域：
，具体地，涉及一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料及其生产工艺。
背景技术：
：冷镦工艺是少无切削金属压力加工新工艺之一。它是一种利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，并借助于模具，使金属体积作重新分布及转移，从而形成所需要的零件或毛坯的加工方法。冷镦工艺最适于用来生产螺栓、螺钉、螺母、铆钉、销钉等标准紧固件。耐高温铁素体材料，需要在700℃高温区域连续工作下产品不会变形又能用于冷挤压的材料。现国内类似此类材料线材表面高强度化、非金属夹杂物和表面缺陷及脱碳状况差，为清除表面缺陷和脱碳层，只能用于机加工行业进行加工，且机加工后金属材料流线会被切断，通过后处理后仍有断裂风险，往往安全系数要求高的连接部件不会采用此类加工工艺。对于耐高温高镍不锈钢，公告号为cn106244945b的中国专利提供了一种超低碳奥氏体不锈钢、耐高温耐腐蚀无缝不锈钢管及该无缝不锈钢管的制备方法。耐高温耐腐蚀无缝不锈钢管，由下述超低碳奥氏体不锈钢制成，按质量百分数计，该超低碳奥氏体不锈钢的化学成份包括：碳≤0.02％，氮0.1～0.3％，锰1.7～1.9％，铬18～20％，镍10～13％，硅0.2～0.4％，铝1.4～1.8％，钽0.8～2.3％，铌0.5～1.4％，铪1.5～3.2％，钴0.1～0.3％，钨1～3％，钼1～3％，碲0.3～0.6％，余量为铁。本发明在奥氏体不锈钢中添加了钽、铪和钨，这些化学成份能提高奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能、硬度、强度和耐高温性能，使奥氏体不锈钢富有高延展性和韧性。然而，该专利所提供的耐高温耐腐蚀无缝不锈钢管，其镍含量仅为10～13％，导致其韧性以及耐腐蚀性能无法满足更高的要求。技术实现要素：为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料及其生产工艺，所述耐高温高镍不锈钢，具有较高的塑性指标，伸长率、断面收缩率，在冷塑性变形中，材料的变形抗力小，加工硬化率低，材料的屈强比值小，硬度适当。为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料，所述耐高温高镍不锈钢材料由如下重量百分比的成分组成：0<c≤0.08wt％，0<mn≤2.0wt％，0<si≤1.0wt％，0<p≤0.04wt％，0<s≤0.03wt％，cr：13.5～16.0wt％，ni：24～27wt％，mo：1.0～1.5wt％，0<al≤0.35wt％，v：0.1～0.5wt％，b：0.03～0.10wt％，余量为fe和不可避免的杂质。进一步地，在距离耐高低温铁素体材料表面2mm以内的耐高低温铁素体材料内夹杂物的尺寸≤0.15lm。进一步地，所述耐高低温铁素体材料内b类杂物≤0.5级，d类夹杂物≤1级，夹杂物总和≤3级。同时，本发明还提供一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的生产工艺，所述生产工艺包括如下步骤：一、母材加工1)电炉熔化：加入原料铁矿石提炼钢水，硫含量控制在0.015～0.03wt％之间；2)vod：在高温下用氧化剂将过多的碳和其他杂质氧化除去，使其转变为含碳0.03～2wt％的钢，控制夹杂物，且在炼钢过程中按照配比添加铬、镍、钼、铝、钒，调整钢水的成分；3)连铸：将钢水倒入连铸机变成固体形态；4)大棒开坯，轧制过程中控制坯料尺寸、长度；5)线材加热、轧制：控制加热炉残氧量，保证脱碳正常，轧制过程中控制母线尺寸在要求的公差范围内，得母材；二、线材加工①第一道拉拔，将提炼好的母材进行拉拔、盘元抽丝，得螺丝线；②固溶退火处理：母材进行盘元抽丝到目标规格后，所得螺丝线进行固溶退火处理；③浸泡草酸：在螺丝线表面直接进行草酸镀膜；④精拉(第二道拉拔)：第二次减面收缩率≤1％，抗拉强度600～700mpa；⑤制作完成，得到所述冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料。进一步地，步骤①中第一次减面收缩率≤30％。进一步地，步骤②所得螺丝线的抗拉强度：500～580mpa、硬度：160-180hv。进一步地，所述冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料抗拉强度：600～700mpa，断面收缩率：40％，硬度：75～95hrb。本发明的有益效果在于：所述冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料，具有较高的塑性指标，伸长率、断面收缩率；在冷塑性变形中，材料的变形抗力小，加工硬化率低，材料的屈强比值小，硬度适当，在700℃高温仍具有良好的切割加工性能；表面无裂痕，表面光滑圆整，无凹凸折叠、结疤、麻点等缺陷；镍含量高达24～27wt％，可以增强钢的韧性，而铬的添加会使钢产生铁磁性，这在某些应用中是不可行的，而镍的加入也有助于解决这一问题，并能提高不锈钢的在高温下的耐蚀性。夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，夹杂物颗粒愈大，愈易开裂，在距表面2mm以内的夹杂物尺寸应不大于0.15lm。一般认为，非金属夹杂物中b类(氧化铝)和c类(球状氧化物)夹杂物危害最大。本发明所提供的冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料中，b类夹杂物不大于0.5级，d类夹杂物不大于1级，其他夹杂物不大于2级，夹杂物总和不大于3级。所述冷镦螺栓用耐高低温铁素体材料抗拉强度：600～700mpa，断面收缩率：40％，硬度：75～95hrb。附图说明图1为本发明所述的一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的高温拉伸试验侧视图。具体实施方式实施例1本发明所述的一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料，所述耐高温高镍不锈钢材料由如下重量百分比的成分组成：0<c≤0.08wt％，0<mn≤2.0wt％，0<si≤1.0wt％，0<p≤0.04wt％，0<s≤0.03wt％，cr：13.5～16.0wt％，ni：24～27wt％，mo：1.0～1.5wt％，0<al≤0.35wt％，v：0.1～0.5wt％，b：0.03～0.10wt％，余量为fe和不可避免的杂质。其中，所述耐高温高镍不锈钢材料由如下重量百分比的成分组成如表1所示。表1单位：wt％(余量为fe和不可避免的杂质)csimnpscrnimoalvtiv0.0290.3570.3310.0200.003713.8124.011.140.2130.3382.170.0063进一步地，在距离耐高低温铁素体材料表面2mm以内的耐高低温铁素体材料内夹杂物的尺寸≤0.15lm。进一步地，所述耐高低温铁素体材料内b类杂物≤0.5级，d类夹杂物≤1级，夹杂物总和≤3级。同时，本发明还提供一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的生产工艺，所述生产工艺包括如下步骤：一、母材加工1)电炉熔化：加入原料铁矿石提炼钢水，硫含量控制在0.015～0.03wt％之间；加入原料铁矿石提炼钢水(保证残余元素合格，出钢确认化学成分符合要求)，硫含量控制在0.015～0.03wt％之间可以改善后续冷镦搓丝时开裂打滑。2)vod：在高温下用氧化剂将过多的碳和其他杂质氧化除去，使其转变为含碳0.03～2wt％的钢，控制夹杂物，且在炼钢过程中按照配比添加铬、镍、钼、铝、钒，调整钢水的成分；(操作要点：按照材质要求调整化学成分到目标)3)连铸：将钢水倒入连铸机变成固体形态；(操作要点：保证内部质量需控制外来异物掉入)4)大棒开坯，轧制过程中控制坯料尺寸、长度；其中，开坯机的主要功能是对加热炉加热后的坯料进行往复轧制，轧制成一定尺寸的中间坯料供连轧机组使用。5)线材加热、轧制：控制加热炉残氧量，保证脱碳正常，轧制过程中控制母线尺寸在要求的公差范围内，得母材；对于加热炉残氧量的控制，在加热炉炉尾预热段(700℃左右位置)安装一台氧分析仪，检测点选在炉尾靠近烟道炉壁侧面，选用直插式测氧仪。其安装点环境温度为0～100℃，检测点环境温度700～900℃。二、线材加工①第一道拉拔，将提炼好的母材进行拉拔、盘元抽丝，得螺丝线，第一次减面收缩率≤30％。；②固溶退火处理：母材进行盘元抽丝到目标规格后，所得螺丝线进行固溶退火处理，所得螺丝线的抗拉强度：500～580mpa、硬度：160-180hv；奥氏体不锈钢通过固溶处理来软化，一般将不锈钢管加热到950～1150℃左右，保温一段时间，使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中，然后快速淬水冷却，碳及其它合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织，称之为固溶处理。③浸泡草酸：在螺丝线表面直接进行草酸镀膜；在拉拔过程中，为了使润清剂能够均匀牢固地吸附在金属表面上，或者为了进一步改善一些如钛、钽、铌等稀有金属拉拔润滑效果，拉拔前坯料表面常常进行预处理。表面顶处理就是在干净的坯料表面上预先处理形成一层表面膜作为润滑剂的载体.然后再进行拉拔润滑。草酸盐处理后再经皂化处理拉拔不锈钢、及镍其合金制品。④精拉(第二道拉拔)：第二次减面收缩率≤1％，抗拉强度600～700mpa；⑤制作完成，得到所述冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料。所述冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料抗拉强度：600～700mpa，断面收缩率：40％，硬度：75～95hrb。其中，参见图1，高温拉力试验要求：在高温649℃±12℃时，拉里65000psi保持23小时不断裂，试验产品规格为：5/16*24unjf-3a，螺距p＝1.06，横截面积＝37.46mm2，而65000psi＝448.27mpa(1mpa＝145psi)，轴向力换算为16792n，那么试验力设置为17000n，时间保持23小时，当时间达到即试验终止。本发明所述的一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的持久强度性能测试如表2所示。线材密度：7916kg/m3。表2本发明所述的一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的应力破损强度性能测试如表3所示。所述冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料在982℃下固溶处理1小时。718℃时效处理16小时，氮气冷却。表3本发明所述的一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的典型热硬度值数据如表4所示。表4本发明所述的一种冷镦紧固件用耐高温高镍不锈钢材料的拉伸性能数据如表5所示。表5需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。当前第1页12