中低碳合金冷镦钢的球化退火方法
【专利摘要】本发明公开了一种中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其方法工艺为：（1）冷拉变形：所述中低碳合金冷镦钢的合金钢丝进行变形量25%～40%的冷拉加工变形；（2）球化：经过冷拉变形的合金钢丝升温至Ac1+20～Ac1+30℃并保温，再降温至Ac1?20～Ac1?30℃并保温；（3）出炉：球化后的合金钢丝缓冷后出炉。本方法通过调整拉拔和球化工艺，以单道次大于25%的变形量和球化退火工艺相结合，能够使中低碳合金冷镦钢球化效果达到5级以上的水平，球化组织良好，不会在后续冷镦过程中开裂；具有工艺简单、效果好等特点。本方法采用多次重复球化退火周期时，虽然增加了几次冷却，但在总的退火时间上没有增加，成本无影响，具有效果好、成本低的特点。
【专利说明】
中低碳合金冷镦钢的球化退火方法
技术领域
[0001]本发明属于线材深加工领域，尤其是一种中低碳合金冷镦钢的球化退火方法。
【背景技术】
[0002]冷镦钢线材或者是盘条，在线材深加工中常常需要用到球化处理。冷镦钢一般的用途是制作标准件如螺栓和螺母及其他的异形件，需要良好的冷镦性能;球状珠光体组织被认为是最适合冷镦的组织。一般的冷镦钢经过热乳成盘条，通常是铁素体加珠光体组织，需要经过深加工处理(球化处理)过程使其组织转变为球状珠光体组织;为了利于球化的进行，在球化处理前，进行一定量拉拔，对其珠光体组织进行拉长破断。
[0003]随着制造业的发展，目前冷镦件除了一些标准件以外，大量的异形件和非标件也开始大量使用。这其中有一些非标件冷镦变形量非常大，甚至相当于1/8?1/10冷镦变形量;这样的冷镦变形量对球化组织要求非常严格。我国标准JB/T 5074-2007《低、中碳钢球化体评级》中规定了中低碳钢的球化组织级别，I级?6级。在进行冷镦生产时发现，对于球化5级的产品，在冷镦变形量大时常常会出现较高的不良率，严重的影响到产品的成材率。只有将球化组织稳定到6级的水平才能满足成材率的要求。
[0004]对于中低碳合金冷镦钢来说，由于加入了合金，使得C原子的扩散变得困难，而且Cr、Mn等元素加入后，使得渗碳体中也有合金元素的富集，对渗碳体的分解和破断不利，这影响了合金钢的球化效果。能够使中低碳钢稳定获得五级以上的球化组织级别，是线材深加工中的一个难题。
[0005]专利公开号CN102703666A公布了一种低碳合金钢球化方法，其主要是将盘条放入退火炉中，加温至680?700°C，在此温度下保温5?7小时后，随炉冷却到592?610°C，取出；去除氧化铁皮后进行28.8?36%的冷拉变形，将半成品装入炉中，加温至700?730°C，并在此温度下保温9?11小时，进行球化退火，使半成品的球化率达到80%以上，得到成品钢。该工艺只在Acl线以下长时间保温，合金的扩散不充分，不能得到好的球化效果。专利申请号CN1256320A公开了一种高速大变形热乳冷镦钢碳化物的球化退火工艺，其将高线盘条装入加热炉中，加热至钢材加热时的下临界温度Acl以下的温度区间660?720°C，均温后保持不少于3小时，而后冷却至室温即可得到碳化物优良球化钢材。该专利同样在Ac I以下加热，对于合金钢来说，扩散效果不好。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种合金扩散充分的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明所采取的方法工艺为:(I)冷拉变形:所述中低碳合金冷镦钢的合金钢丝进行变形量25%?40%的冷拉加工变形；
(2)球化:经过冷拉变形的合金钢丝升温至Acl+20?Acl+30°C并保温，再降温至Acl-20?Ac 1-30 °C并保温； (3 )出炉:球化后的合金钢丝缓冷后出炉。
[0008]本发明所述步骤(2)中，合金钢丝在Acl+20?Acl+30°C保温I?3h，降温至Acl-20?Ac 1-30 °C 保温0.5?2h。
[0009]本发明所述步骤(I)中，冷拉加工变形一或两个道次。
[0010]本发明所述步骤(2)中，以10?20°C/h的速度降温。
[0011]本发明所述步骤(2)的球化过程进行3?4次。
[0012]本发明所述步骤(I)中，合金钢丝先进行软化退火再进行一道次冷拉加工变形;所述软化退火是在Acl-20?Acl-50°C保温2?5小时。
[0013]本发明的原理是:中低碳合金冷镦钢因为碳含量少，所以珠光体含量较少。铁素体块较多，珠光体呈岛状分布在铁素体基体上。球化时，渗碳体只能在原来珠光体岛附近生成，这样生成的渗碳体颗粒基本上围绕在铁素体基体的周围，大量铁素体内部没有渗碳体生成。整体组织上渗碳体不容易分布均匀。而且加入了合金元素，阻止了碳的扩散，使得碳化物不易扩散，更加阻止了渗碳体的均匀化进程。所以对于中低碳合金钢不能直接进行球化，必须经过一定的冷拉变形，打破铁素体和珠光体的分界，铁素体和珠光体被拉长，拉长后渗碳体只需要扩散较小的距离就可以达到铁素体内部另外破坏渗碳体的片层结构，在较大的变形量时甚至可以直接打碎渗碳体。
[0014]一般的球化处理是在Acl线(共析线)以下经过较长时间的保温得到，或是在Acl以上20?30°C保温后直接缓冷得到。对于中低碳合金钢来说，由于合金元素的作用，碳的扩散受到合金元素牵制，所以普通工艺获得的碳化物的弥散性不够均匀。如果为了加速碳的扩散，而在Acl上延长保温时间或是提高温度，会使碳化物溶解，不能在降温过程中获得碳化物的形核质点。所以需要经过较大的冷拉变形的钢丝才能进行球化处理。
[0015]为了获得更加均匀的渗碳体分布，考虑将原来的球化退火周期重复进行3到4次，这样，通过不断的球化过程辅助进行球化，使得球化进行的更为彻底。为了缩短时间，降低成本，每个周期内奥氏体化的时间设计略短，且冷却速度加快。奥氏体化时间短容易保留未溶的碳化物;而冷却速度加快，不容易出现索氏体等异常组织。反复球化，使得扩散和球化反复进行，球化阶段由于每段的时间不长，碳化物不容易聚集长大。从整体效果上看，反复球化又能增加扩散的作用，使碳化物分布更加均匀。
[0016]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明通过调整拉拔和球化工艺，以单道次大于25%的变形量和球化退火工艺相结合，能够使中低碳合金冷镦钢球化效果达到5级以上的水平，球化组织良好，不会在后续冷镦过程中开裂;具有工艺简单、效果好等特点。
[0017]本发明采用多次重复球化退火周期时，虽然增加了几次冷却，但在总的退火时间上没有增加，成本无影响，具有效果好、成本低的特点。
【附图说明】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0019]图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是实施例1球化处理后线材的组织球化图(X 500);
图3是实施例2球化处理后线材的组织球化图(X 500)；
图4是实施例3球化处理后线材的组织球化图(X 500)。
【具体实施方式】
[0020]图1所示，本中低碳合金冷镦钢的球化退火方法的方法工艺为:(1)软化退火:中低碳冷镦钢经过热乳后开始精线加工，首先进行软化退火:在钢种Acl线以下20?50°C，SPAcl-20?Acl-50°C，保温2?5小时;其中低碳合金钢可以不用进行本软化退火过程。
[0021 ] (2)冷拉变形:经软化退火的合金钢丝经过酸洗磷化后，进行变形量为25%?40%的冷拉加工变形，以使得珠光体组织拉长或渗碳体片层破断;冷拉加工变形最好为一或两个道次，这样既节省成本又能达到冷拉目的。
[0022 ] (3 )球化:经过冷拉变形的合金钢丝放入可以精确控温、带有保护气氛并带有强制冷却的罩式炉或井式炉内进行，以底部循环的退火炉为佳。A、将合金钢丝加热，在其钢种对应的Acl温度之上20?30°C，S卩Acl+20?Acl+30°C，保温I?3h;B、以10?20°C/h的降温速度降至Acl温度以下20?30°C，S卩Acl-20?Acl-30°C，保温0.5?2h;每个升温降温过程为一个周期，即A+B为一个周期，球化过程升降温3?4个周期。
[0023](4)出炉:球化后的合金钢丝缓慢冷却到450?550°C开启炉门或炉罩空冷到正常温度后出炉缓冷，出炉后的合金钢丝进行酸洗表面氧化皮后，即可进行冷镦生产。
[0024]实施例1:以20Cr冷镦钢为例，本中低碳合金冷镦钢的球化退火方法的具体工艺如下所述。
[0025]20Cr冷镦钢的Acl温度为766°C。由于该钢种含碳量不高，可以直接进行拉拔，变形量25%;以直径Φ 16mm线材为例，经过酸洗磷化后，一次拉拔到Φ 13.8mm。之后进行球化退火工艺，首先升温到790 °C保温1.5h，再以15 0C /h降温到740 °C保温1.5h;经过3个周期，之后缓冷到550°C，空冷到室温。
[0026]经本实施例球化处理的20Cr线材，由图1可见，其球化组织级别大于5级，可以满足较大变形的冷镦要求。
[0027]实施例2:以30CrMnSi冷镦钢为例，本中低碳合金冷镦钢的球化退火方法的具体工艺如下所述。
[0028]30011^1冷镦钢的4(:1温度为760°(:。该钢种合金种类多，拉拔前需要进行软化退火，退火温度7400C、保温5hο软化退火后进行酸洗磷化，然后进行40%冷拉变形；以Φ 20mm规格为例，两次拉拔到Φ 16.1mm。在780 °C保温2h，再以18 °C/h冷却到730 °C保温1.5h，经过3个周期，炉冷到500°C后空冷到室温。
[0029 ]经本实施例球化处理的30CrMnSi线材，由图2可见，其球化组织级别6级，可以满足较大变形的冷镦要求。
[0030]实施例3:以30CrMo冷镦钢为例，本中低碳合金冷镦钢的球化退火方法的具体工艺如下所述。
[0031 ] 30CrMo冷镦钢的Acl温度为757°C。该钢种合金种类多，拉拔前需要进行软化退火，退火温度730°C、保温4h。软化退火后进行酸洗磷化，然后进行30%冷拉变形；以Φ 14mm规格为例，一次拉拔到Φ 11.7mm。在785 °C保温2.5h，再以1 °C /h冷却到730 °C保温1.0h，经过3个周期，炉冷到500°C后空冷到室温。
[0032]经本实施例球化处理的30CrMo线材，由图3可见，其球化组织级别6级，可以满足较大变形的冷镦要求。
[0033]实施例4:以15MnVB冷镦钢为例，本中低碳合金冷镦钢的球化退火方法的具体工艺如下所述。
[0034]15MnVB冷镦钢的六(:1温度为7301€。由于该钢种含碳量不高，可以直接进行拉拔，对其进行30%变形。直径Φ 1mm线材为例，经过酸洗磷化后，一次拉拔到Φ 8.3mm。升温到760°C保温1.0h，再以20°C/h降温到705°C保温0.5h，经过4个周期，之后缓冷到450°C，空冷到室温O
[0035]经本实施例球化处理的15MnVB线材，其球化组织级别大于5级，可以满足较大变形的冷镦要求。
[0036]实施例5:以30CrMnSi冷镦钢为例，本中低碳合金冷镦钢的球化退火方法的具体工艺如下所述。
[0037]30011^1冷镦钢的4(:1温度为760°(:。该钢种合金种类多，拉拔前需要进行软化退火，退火温度710°C、保温2hο软化退火后进行酸洗磷化，然后进行30%冷拉变形；以Φ 14mm规格为例，一次拉拔到Φ 11.7mm。在785°C保温3h，再以13°C/h冷却到740°C保温2h，经过4个周期，炉冷到50(TC后空冷到室温。
[0038]经本实施例球化处理的30CrMnSi线材，球化组织级别6级，可以满足较大变形的冷镦要求。
【主权项】
1.一种中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于，其方法工艺为:(I)冷拉变形:所述中低碳合金冷镦钢的合金钢丝进行变形量25%?40%的冷拉加工变形； (2)球化:经过冷拉变形的合金钢丝升温至Acl+20?Acl+30°C并保温，再降温至Acl-20?Ac 1-30 °C并保温； (3 )出炉:球化后的合金钢丝缓冷后出炉。2.根据权利要求1所述的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于:所述步骤(1)中，冷拉加工变形一或两个道次。3.根据权利要求1所述的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于:所述步骤(2)中，合金钢丝在Acl+20?Acl+30°C保温I?3h，降温至Acl-20?Acl-30°C保温0.5?2h。4.根据权利要求1所述的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于:所述步骤(2)中，以10?20°C/h的速度降温。5.根据权利要求1一4任意一项所述的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于:所述步骤(2)的球化过程进行3?4次。6.根据权利要求1一4任意一项所述的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于:所述步骤(I)中，合金钢丝先进行软化退火再进行一道次冷拉加工变形;所述软化退火是在Acl-20?Acl-50°C保温2?5小时。7.根据权利要求5所述的中低碳合金冷镦钢的球化退火方法，其特征在于:所述步骤(I)中，合金钢丝先进行软化退火再进行一道次冷拉加工变形;所述软化退火是在Acl-20?Acl-50°C保温2?5小时。
【文档编号】C21D9/52GK106011404SQ201610534940
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】苑希现, 王宁涛, 田新中, 张治广, 陈继林, 王利军, 孔令波, 翟进坡, 刘超, 冯忠贤, 张鹏, 黄翠环
【申请人】邢台钢铁有限责任公司