一种低自噪声特种钢的加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种低自噪声特种钢的加工方法，是将原料配比好，进行锻造，热处理，再置于充满水蒸气的容器中，于120～125℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时，再将水蒸气置换为空气，于150～155℃、1.2～1.5MPa下保持2～4小时后，得到；所述配比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍7～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。本发明首先增加了合金材料类别，调整了配比使得成品中含有合理配比的镍、铬、铜、镁、锰等元素，大大增加特种钢材的耐磨及抗腐蚀性能，易加工成型，具备较好的减震性能，自噪声较低；其次在钢材热处理后进行了后续表面处理，增加了钢材表面的耐磨性能，减少磨损，进一步减小了噪音的产生。
【专利说明】
一种低自噪声特种钢的加工方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种特种钢的加工方法。
【背景技术】
[0002] 在工业生产中，有些化工生产设备中的某些金属部件在使用过程中不仅要经受磨 损，同时耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液的腐蚀，因此对钢的要求较为苛刻。
[0003] 随着汽车、家电和建材等行业对所使用钢板低成本、高耐蚀性的要求进一步提高， 各大钢厂及研究机构不断开发出成本低廉、性能优异的新型镀层钢板。锌铝镁镀层钢板以 其优异的耐蚀性目前得到国内外大型钢铁厂商及家电、汽车制造商的重视，锌铝镁镀层钢 板的品种开发也日趋成熟。目前，韩国浦项、日本新日铁及欧美大型钢铁公司已陆续开发出 ZM、Z6A3M、Z10A3M等产品。专利CN101812653A、US6235410B1等开发了含铝、镁的锌基镀层， 大大提尚了耐蚀性。
[0004] 镀层的表面硬度是镀层质量及镀层钢板使用效果的重要指标之一。镀层钢板在后 期使用中无法避免的要经过运输、搬运、剪裁及加工等过程，而这些过程中经常对镀层表面 产生不同程度的划伤，镀层的硬度直接影响着镀层抗划伤的能力，即镀层硬度越高，镀层的 抗划伤能力越强。。
[0005] 然而这样的表面处理方法并不能完全提高钢材的耐蚀性能，一旦表面被划伤，钢 材就会被腐蚀。而且这样的表面处理不仅使得过程更加复杂，而且使生产厂商的制造成本 提升。
[0006] 同时在机械传动中，齿轮机构由于具有结构紧凑、传动比稳定、传递功率大、传动 效率高、使用寿命长等优点，因而使用十分广泛。齿轮机构的主要缺点是振动和噪声较大。 因此，是否有更好的更合适的方法可以解决上述问题，是值得研究的。
【发明内容】
[0007] 发明目的：针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种低自噪声特种钢的加 工方法。
[0008] 技术方案:本发明所述的低自噪声特种钢的加工方法是将原料配比好，进行锻造， 热处理，再置于充满水蒸气的容器中，于120~125°C、1.2~1.5MPa下保持2~4小时，再将水 蒸气置换为空气，于150~155°C、1.2~1.5MPa下保持2~4小时后，得到;所述原料配比按照 质量百分比为：含有碳0.01~0.03%，铬13~17%，镍4~8%，铜0.1~0.12%，镁0.4~ 0.5%，锰1~1.2%，其余为铁。在钢材热处理后，又进行了后续的表面处理，解决了易生锈 的问题，同时增加了钢材表面的耐磨性能，减少磨损，减小了噪音产生的可能。
[0009] 上述的热处理方法，是将钢材加热至860~880°C保温1~2小时，经过等温退火和 一般退火后出炉，再经过两次预热，温度升高至1220~1280°C保持0.5~1小时，然后进行淬 火，淬火后立即进行回火，共三次回火。预热后当温度升高到1220~1280°C时，各种合金钢 在奥氏体中的溶解度也慢慢增加，但是，时间稍长，会造成晶粒长大，甚至会出现晶界溶化， 因此，最优的时间是0.5小时。
[0010] 所述的等温退火是在冷却至720~750°C时保温2小时;然后进行一般退火，冷却至 550 °C以下出炉。硬度为207~225HBW，组织为索氏体+碳化物。
[0011] 所述的两次预热，第一次预热是升温至600~650°C，保温2小时；第二次预热是升 温至800~850°C，保持2小时。这样的加热工艺可避免由于热应力而造成的变形和开裂。
[0012] 所述的淬火介质为白油与钠盐的混合物。所述的钠盐为硝酸钠和亚硝酸钠。淬火 介质中的各成分：白油、硝酸钠、亚硝酸钠的配比为10:3: 2。淬火后的组织为马氏体+碳化物 +残留奥氏体(25~30% )。
[0013] 所述的回火共进行三次，第一次回火只对淬火马氏体起到回火作用，在回火冷却 过程中，发生残留奥氏体的转变，同时产生新的内应力。经第二次回火，没有彻底转变的残 留奥氏体继续发生新的转变，又产生新的应力。这就需要第三次回火，本发明的三次回火分 别为:第一次为560 °C 1小时;第二次550 °C 1.5小时;第三次560 °C 1小时。三次回火后仍保留1 ~3%的残留奥氏体。通过上述方法，可以消除淬火应力，减少奥氏体量，稳定组织，达到性 能要求。
[0014] 本发明还公开了该低自噪声特种钢的配比，其成分按照重量百分比为：含有碳 0.01~0.03%，铬 13~17%，镍4~8%，铜0.1~0.12%，镁0.4~0.5%，锰1~1.2%，其余为 铁。
[0015] 我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻 抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化 物，可降低加热、乳制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损 性;但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在 本发明中，控制钢材中铬的含量为13~17% (质量百分比），最优含量为16%。
[0016] 同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且更为坚韧，有磁性和良好 的可塑性，焊接性能也好;在650~1000°C高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。 在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4%~8%，最优含量为6%。
[0017] 此外，我们还发现加入微量的铜一方面可以提高钢材耐大气腐蚀的性能，另一方 面可以和锰协同作用，使得本特种钢被敲击时发出的声响相对沉闷暗哑，自噪声较低，具有 一定的降噪作用，满足了对音噪要求更高的应用需求。
[0018] 此外，加入少量的镁和锰，在本加工方法中，可使得金属的晶粒变细，且分布均匀， 且晶粒间间隔小，易加工成型的同时，较之于普通钢材，其具备较好的减震性能，不易产生 噪音，在具备更高的耐磨性和耐高温性的同时，进一步满足了对低自噪声、高舒适性、高安 全性的应用需求。
[0019] 本发明的一个优选方案为:所述低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳 0.02%，铬 16%，镍 6%，铜0.1%，镁 0.45%，锰1.1%，其余为铁。
[0020] 更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐 腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的 存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在高温下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr 23C6,使 得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳 结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾 向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对 于本发明来说，铌的含量为〇. 3~0.8 %时，最为合适，优选0.5 %。
[0021 ]本发明含银的一个优选方案为:所述低自噪声特种钢，其成分质量百分比为:含有 碳0.02%，铬 16%，镍6%，铜0.1%，镁0.45%，锰1.1%，铌 0.5%，其余为铁。
[0022]有益效果:本发明所述的生产方法可以有效的提高钢材的耐腐蚀性能，首先增加 了合金材料类别，调整了各种材料元素的比例成分，使得不锈钢成品中含有合理配比的镍、 铬、铜、镁、锰等元素，大大增加特种钢材的耐磨及抗腐蚀性能，易加工成型，具备较好的减 震性能，自噪声较低，解决了零件易磨损、噪音大的问题;其次，在钢材热处理后，又进行了 后续的表面处理，解决了易生锈的问题，同时增加了钢材表面的耐磨性能，减少磨损，进一 步减小了噪音产生的可能。此外，本发明通过特殊的热处理使得钢材的具有较好的力学性 能。
【具体实施方式】：
[0023] 实施例1
[0024] 钢材各元素配比为：碳0.01%，铬13%，镍4%，铜0.1%，镁0.4%，锰1%，其余为 铁。进行常规的锻造后，将钢材加热至860°C保温1小时，冷却至720°C时保温2小时;然后进 行一般退火，冷却至550°C以下出炉，然后第一次预热是升温至600°C，保温2小时;第二次预 热是升温至800°C，保持2小时。温度升高至1220°C保持0.5小时，然后进行淬火，淬火介质为 白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物（白油：硝酸钠:亚硝酸质量比为10 :3: 2)，淬火后立即进 行回火，第一次回火为560 °C 1小时;第二次回火550°C 1.5小时;第三次回火560°C 1小时，冷 缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120°C、1.2MPa下保持2小时，再将水蒸气置换为 空气，于150°C、1.2MPa下保持2小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为222HBW。 [0025] 实施例2
[0026] 钢材各元素配比为:碳0.03%，铬17%，镍8%，铜0.12%，镁0.5%，锰1.2%，其余 为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至880°C保温1小时，冷却至750°C时保温2小时;然后进 行一般退火，冷却至550°C以下出炉，然后第一次预热是升温至650°C，保温2小时;第二次预 热是升温至850°C，保持2小时。温度升高至1280°C保持1小时，然后进行淬火，淬火介质为白 油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物（白油：硝酸钠：亚硝酸质量比为10:3: 2)，淬火后立即进行 回火，第一次回火为560 °C 1小时；第二次回火550 °C 1.5小时；第三次回火560 °C 1小时。冷缺 至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于125°C、1.5MPa下保持4小时，再将水蒸气置换为空 气，于155°C、1.5MPa下保持4小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为226HBW。 [0027] 实施例3
[0028] 钢材各元素配比为:含有碳0.02%，铬16%，镍6%，铜0.1%，镁0.45%，锰1.1%， 其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至870°C保温2小时，冷却至730°C时保温2小时；然 后进行一般退火，冷却至550°C以下出炉，然后第一次预热是升温至620°C，保温2小时;第二 次预热是升温至820°C，保持2小时。温度升高至1250°C保持1小时，然后进行淬火，淬火介质 为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物（白油：硝酸钠:亚硝酸质量比为10: 3: 2)，淬火后立即 进行回火，第一次回火为560 °C 1小时;第二次回火550°C 1.5小时;第三次回火560°C 1小时。 冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120°C、1.4MPa下保持3小时，再将水蒸气置换 为空气，于155°C、1.4MPa下保持3小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为 227HBW。
[0029] 实施例4
[0030] 钢材各元素配比为:碳0.01%，铬13%，镍4%，铜0.1 %，镁0.4%，锰1%，铌0.3%， 其余为铁。进行常规的锻造后，将钢材加热至860°C保温1小时，冷却至720°C时保温2小时； 然后进行一般退火，冷却至550°C以下出炉，然后第一次预热是升温至600°C，保温2小时;第 二次预热是升温至800°C，保持2小时。温度升高至1220°C保持0.5小时，然后进行淬火，淬火 介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物（白油:硝酸钠:亚硝酸质量比为10: 3: 2)，淬火后 立即进行回火，第一次回火为560 °C 1小时;第二次回火550 °C 1.5小时;第三次回火560 °C 1小 时，冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120°C、1.2MPa下保持2小时，再将水蒸气置 换为空气，于150°C、1.2MPa下保持2小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度为 231HBW。
[0031] 实施例5
[0032] 钢材各元素配比为：碳0.03%，铬17%，镍8%，铜0.12%，镁0.5%，锰1.2%，铌 0.8%，其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至880°C保温1小时，冷却至750°C时保温2小 时；然后进行一般退火，冷却至550°C以下出炉，然后第一次预热是升温至650°C，保温2小 时；第二次预热是升温至850°C，保持2小时。温度升高至1280°C保持1小时，然后进行淬火， 淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物（白油:硝酸钠:亚硝酸质量比为10:3:2)，淬 火后立即进行回火，第一次回火为560°C1小时；第二次回火550 °C 1.5小时；第三次回火560 °C 1小时。冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于125°C、1.5MPa下保持4小时，再将水 蒸气置换为空气，于155°C、1.5MPa下保持4小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度 为230HBW。
[0033] 实施例6
[0034] 钢材各元素配比为:含有碳0.02%，铬16%，镍6%，铜0.1%，镁0.45%，锰1.1%， 铌0.5%，其余为铁。进行常规的锻造后，钢材加热至870°C保温2小时，冷却至730°C时保温2 小时;然后进行一般退火，冷却至550°C以下出炉，然后第一次预热是升温至620°C，保温2小 时；第二次预热是升温至820°C，保持2小时。温度升高至1250°C保持1小时，然后进行淬火， 淬火介质为白油与硝酸钠、亚硝酸钠的混合物（白油:硝酸钠:亚硝酸质量比为10:3:2)，淬 火后立即进行回火，第一次回火为560°C1小时；第二次回火550 °C 1.5小时；第三次回火560 °C1小时。冷缺至室温，再置于充满水蒸气的容器中，于120°C、1.4MPa下保持3小时，再将水 蒸气置换为空气，于155°C、1.4MPa下保持3小时后，得到。经试验检测，所制得的特种钢硬度 为233HBW。
[0035] 实施例7
[0036] 将上述所得到的钢材进行耐腐蚀测试，分别浸于水、醋酸、氨水、浓硫酸中，24个小 时后。所得结果如下：（表中数值为:质量减少百分比）
[0038]以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围 内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于将原料配比好，进行锻造，热处理，再 置于充满水蒸气的容器中，于120~125°C、1.2~1.5MPa下保持2~4小时，再将水蒸气置换 为空气，于150~155°C、1.2~1.5MPa下保持2~4小时后，得到;所述原料配比按照质量百分 比为：含有碳0.01~0.03%，铬13~17%，镍4~8%，铜0.1~0.12%，镁0.4~0.5%，锰1~ 1.2%，其余为铁。2. 如权利要求1所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的热处理为:将钢 材加热至860~880°C保温1~2小时，经过等温退火和一般退火后出炉，再经过两次预热，温 度升高至1220~1280°C保持0.5~1小时，然后进行淬火，淬火后立即进行回火，共三次回 火。3. 如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的等温退火是在 冷却至720~750°C时保温2小时;然后进行一般退火，冷却至550°C以下出炉。4. 如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的两次预热，第一 次预热是升温至600~650 °C，保温2小时;第二次预热是升温至800~850 °C，保持2小时。5. 如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的淬火介质为白 油与钠盐的混合物。6. 如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的钠盐为硝酸钠 和亚硝酸钠。7. 如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于白油、硝酸钠、亚硝酸 钠的配比为10:3:2。8. 如权利要求2所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的三次回火，第一 次为560 °C 1小时;第二次550 °C 1.5小时;第三次560 °C 1小时。9. 如权利要求1所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于，所述原料还包括铌， 其质量百分比为0.3~0.8%。
【文档编号】C21D8/00GK105821340SQ201610349576
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】张斌
【申请人】江苏金基特钢有限公司