专利名称：一种s2工具钢的高性能六角形冷拔材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及工具钢生产领域，具体涉及一种S2工具钢冷拔材的制造方法。
背景技术：
工具钢是合金钢的一个种类。S2是工具钢的一个品种，作为工具类高等级的制作用钢。工具钢冷拔材是指采用冷拔工艺技术，生产的工具钢产品，产品形状有圆形、六角形等。S2工具钢作为制作工具用钢材料，是用于制造各类高质量要求电动工具的六角批 头、内六角扳手、螺丝刀等专用工具。S2合金钢的特点是碳含量在O. 65 O. 70%，硅含量在I. 00 I. 25%，锰含量在O. 45 O. 60%，铬含量在O. 10 O. 30%，钥含量在O. 40
O.50%，钒含量在O. 15 O. 25%，精炼材，经冶炼、轧制、冷加工制成工具用钢的原料。目前，S2工具钢的六角形冷拔材生产技术(工艺)是钢铁制造商提供的S2工具钢产品常规冷拔制备生产工艺流程为退火一酸洗一磷化一冷拉变形一退火一酸洗一磷化—冷拉成型一检验、入库，此工艺生产的产品，制作的工具能适用于低档次的汽车、机械设备、家用电器及家具等方面安装工具。采用上述生产技术，制备的S2工具钢的六角形冷拔材产品，能达到下列产品(普通级)供货标准(I)供货状态是以冷拉棒材形式交货；(2)其主要性能要求脱碳层< O. 05mm,硬度指标< 260-300HBW。(3)表面质量钢材表面应光滑，不得有肉眼可见的裂纹、折迭、结疤和拉裂等缺陷，深度不超过钢材直径公差之半的个别麻点、划痕和凹坑等缺陷允许存在。上述S2工具钢的六角形冷拔材产品(普通级)，加工成工具时，存在下列不足之I)、在落料中，常存在粘刀，剪切头子存马蹄形缺陷；2)、脱碳指标偏高，不能适应淬火、回火后表面硬度与扭力的高质量综合性能指标要求；3)、表面质量较差，存在着细麻点、擦伤等缺陷，影响工具镀层的表面质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新的S2工具钢六角形冷拔材的生产方法，克服现有S2工具钢的六角形冷拔材存在的上述缺陷。本发明的技术方案是，一种S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，包括退火处理和冷拉成型工艺，该方法的主要步骤是(I)盘卷球状化退火处理热轧后的盘卷进行球状化退火处理；所述退火的控制要求为随炉升温到780-800°C，保温4-6小时后冷却到690-710°C保温2_3小时，冷却到140°C以下出炉；(2)盘卷表面处理对上述球状化处理的盘卷依次进行开卷矫直、切削、抛光处理，使盘卷表面粗糙度Ra < O. 8 μ m ;(3)盘卷表面振光处理在连续拉拔机组上,采取3-5%的变形量、以15-20m/min的速度进行抛丸振光拉拔；(4)盘卷润滑预处理对上述振光处理得到的盘卷进行脱脂、润滑处理；(5)盘卷冷拔成型处理经过开卷预矫、冷拔和在线收集，得到六角形盘卷或棒材；所述冷拔过程中单道次冷变形量控制在30-40%，拉拔速度20-50m/min。根据本发明所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，较好的是，所述球状化退火处理在强对流氮氢保护气氛罩式炉中进行。优选的是，步骤(I)所述冷却是在带冷却罩下进行的。优选的是，步骤(3)所述抛丸振光拉拔中，采用O. I O. 3mm的铸钢丸；所述抛丸电流设定为8 12A。在一个优选的实施方案中，步骤⑷所述脱脂处理中温度控制在40-50°C，脱脂时间为50-70分钟。 优选的是，步骤(4)所述润滑处理中，在使用润滑剂之前采用皮膜剂浸溃。进一步地,所述皮膜剂的浸溃温度为65_85°C,浸溃时间5_10分钟。进一步地，所述润滑剂的浸溃温度控制在75_85°C，浸溃时间为4_5分钟。优选的是，步骤(5)所述冷拔中使用的模具其表面光洁度达到镜面要求。本发明设计的S2工具钢的高性能六角形冷拔材，具有如下特点(I)供货状态是以冷拉棒材或盘卷形式交货；(2)其主要性能要求脱碳层< O. 02mm,硬度指标< 260 300HBW ；(3)表面质量钢材表面无缺陷。本发明制造方法的主要包括盘卷球状化退火处理、盘卷表面处理，盘卷表面振光处理、盘卷润滑处理、盘卷冷拔成型处理等五个步骤。I、盘卷球状化退火处理热轧盘卷进行球状化退火，恢复塑性；由于热轧的S2钢种盘卷组织为片状的珠光体组织，其塑性极差，不能适应拉拔塑性变形，因此，热轧后的盘卷采取球状化退火处理，获得球状的珠光体组织，恢复塑性，便于进行冷拉塑性变形。2、盘卷表面处理表面机械切削去除热轧表面缺陷、表面脱碳；热轧球状化处理盘卷，通常表面存在擦伤、裂纹、氧化皮、脱碳等缺陷，为了保证后续拉拔成品表面无缺陷，无脱碳，必须采取良好的表面处理，获得良好的盘卷表面，再可进入下道工序处理。盘卷表面处理流程如下盘卷一开卷矫直一切削一砂带抛光一收卷3、盘卷表面振光处理在连续拉拔机组上，采取一定的变形量以抛丸振光法进行归圆；在带有抛丸机的连续拉拔机组上，采取3 5%的变形量以一定的速度进行抛丸振光拉拔，消除表面处理的切削印痕。4、盘卷润滑预处理表面脱脂、润滑处理达到表面冷拔生产的表面要求；尽可能减小拉拔过程中的摩擦系数，以降低拉拔时的变形抗力。由于S2表面振光处理后，表面无缺陷，非常光洁，不适宜进一步冷拔生产，因此，冷拉成品变形前进行专门的离线表面润滑处理，即先进行脱脂来去除振光时的残留液，再进行润滑处理。表面润滑处理流程如下脱脂一冲洗一上皮膜剂一冲洗一上润滑剂一吹干5、盘卷冷拔成型处理在连续拉拔机上，采用30-40%的变形量，将圆型的盘卷生产成六角形钢盘卷或棒料。经过表面润滑处理后的盘卷，在连续拉拔机上进行冷拔生产，冷拔后的形状由圆变成六角形的盘卷或棒材，主要生产步骤如下盘卷(圆)一开卷和预矫一拉拔(六角)一在线(弯卷)收集·
由于S2钢种连续拉拔的难度非常大，因此，在拉拔过程中，冷变形量、模具的安装和变形速度控制的十分重要，采用适当变形量的冷拉生产方式有利于连续拉拔的顺利进行。(I)在冷拔生产中，根据对S2退火盘卷的塑性指标检测分析，单道次最大的冷变形量理论上可以达到50-60%。但实际生产中，由于受到成分和退火质量、表面缺陷以及成品交货硬度性能等因素的制约，实际生产中，单道次冷变形量控制范围在30-40%之间，可以确保拉拔顺利和拉拔过程中不发生断裂，达到成品交货硬度的要求。(2)模具的要求冷拔六角钢所使用的模具内表面质量要求无砂眼、划伤、凹坑、环形沟槽等缺陷，用金刚砂研磨膏进行精抛。优选的是，模具其表面光洁度达到镜面要求。(3)拉拔速度和(弯卷)收集参数控制S2钢种冷拉由圆形冷拉成六角形钢采用拉拔速度控制在不超过50m/min。同时，通过调整模具的水平轴(X轴)和垂直轴(Y轴)的角度，保持经冷拉后六角平面向上；以盘卷供货的通过预矫、冷拉变形、弯卷收集进行，弯曲后的盘卷外径在1000-1200mm,内径在800-1000mm,符合盘卷收卷的生产工艺要求。以棒材生产的通过预矫、冷拉变形、剪切定尺、精矫、收集方法进行最终的成型加工。剪切模安装规格是以成品最大尺寸+0. 5mm，确保端部无平整，无剪切压痕；成品在线矫直使用水平轴(X轴)和垂直轴(Y轴)双向矫直，直线度< lmm/m。利用冷拉后材料产生的加工硬化，适当的变形量达到所需的硬度，有利于S2生产中刚度的要求，HBff为260-300。本发明还提供了上述制造方法制得的S2工具钢的高性能六角形冷拔材，所述冷拔材的脱碳层< O. 02mm，硬度指标< 260 300HBW。本发明的有益效果是I、通过盘卷球状化处理、盘卷表面处理，盘卷表面振光处理、盘卷润滑处理、盘卷冷拔成型处理五部分的生产方式，使六角形工具用钢S2钢种达到了表面质量无缺陷，成品表面无脱碳的高质量原材料要求。2、通过冷加工工艺的实施，解决了用户下料中的粘刀，剪切头子存马蹄形缺陷；保证了淬火、回火后表面硬度与扭矩的高质量综合性能指标要求，表面质量达到了无缺陷，满足了工具制作行业高品质工具的原材料质量要求。其质量和性能完全满足国内外用户的使用要求。
图I是连续拉拔机冷拉盘卷成型简图。
图I中，I-放线，2-预矫直；3-抛丸、4-冷拉变形；5-矫直；6-弯曲收卷收集。图2是盘卷冷拉六角棒材成品简图。图2中，I’-预矫直；2’_冷拉变形；3’_定尺切断；4’_成品矫直；5’_棒材收集。
具体实施例方式I、盘卷球状化处理盘卷球状化处理的主要工艺要点如下盘卷在强对流氮氢保护气氛罩式炉进行退 火的，罩式炉的有效尺寸是直径3000mm高度3700mm ;保护气类型N2露点彡-60°C ;氮氢混合气露点彡-60°C ;含氧量(5ppm;最大装炉量13吨。球状化退火的控制要求为随炉升温到780-800 °C，保温4_6小时后冷却到690-71 (TC保温2-3小时，带冷却罩冷却到140°C或以下温度出炉。2、盘卷表面处理盘卷表面处理流程如下盘卷一开卷矫直一切削一砂带抛光一收卷主要工艺要点设定进给速度15-25m/min，刀盘转速控制在2600-3100RPM 1、2、3号抛光机转速(230-250RPM(无级可调)，用80#砂带抛光后，表面粗糙度Ra < O. 8 μ m。3、盘卷表面振光处理在带有抛丸机的连续拉拔机组上，采取3 5%的变形量以一定的速度进行抛丸振光拉拔，消除表面处理的切削印痕。主要工艺要点采用O. I O. 3mm铸钢丸，抛丸电流设定为8 12A，抛丸口设定半开状态，投射速度中拉拔速度15_20m/min。4、盘卷润滑处理表面润滑处理流程如下脱脂一冲洗一上皮膜剂一冲洗一上润滑剂一吹干主要工艺要点如下I)脱脂工艺脱脂目的振光处理时的残留液；成分控制浓度为15-20 %脱脂剂；温度和时间温度控制40_50°C，时间50-70分钟。2)上皮膜剂和润滑剂工艺D3-D35皮膜剂溶液的控制总酸度(TA) :35_40，游离酸度(FA) 5. 6-7. O皮膜剂浸溃温度和时间温度65_85°C浸溃时间5-10min润滑剂溶液的控制LS_2型号润滑液溶度5-7 %，溶液pH值为8_9 ；润滑剂浸溃温度和时间润滑剂温度控制在75_85°C，浸溃时间4_5分钟。5、盘卷冷拔成型处理经过表面润滑处理后的盘卷，在连续拉拔机上进行冷拔生产，冷拔后的形状由圆变成六角形的盘卷或棒材，主要生产步骤如下
盘卷(圆)一开卷和预矫一拉拔(六角)—在线(弯卷)收集具体生产控制要点如下I)冷拉生产根据对S2退火盘卷的塑性指标检测分析，单道次最大的冷变形量理论上可以达到50-60%。但实际生产中，由于受到成分和退火质量、表面缺陷以及成品交货硬度性能等因素的制约，实际生产中，单道次冷变形量控制范围在30-40 %之间，可以确保拉拔顺利和拉拔过程中不发生断裂，达到成品交货硬度的要求。2)模具要求冷拔六角钢所使用的模具内表面质量要求无砂眼、划伤、凹坑、环 形沟槽等缺陷，用金刚砂研磨膏进行精抛，其表面光洁度达到镜面要求。冷拉用模具的几何尺寸入口角60°、润滑锥36°、工作锥24°、定径带3 5_、出口锥60° ;冷拉用模具的材质YG8六角面的平整度彡O. 01_。3)拉拔速度和(弯卷)收集参数控制S2钢种冷拉由圆形冷拉成六角形钢采用拉拔速度控制在不超过50m/min。同时，通过调整模具的水平轴(X轴)和垂直轴(Y轴)的角度，保持经冷拉后六角平面向上；以盘卷供货的通过预矫、冷拉变形、弯卷收集进行，弯曲后的盘卷外径在1000-1200mm，内径在800-1000mm,符合盘卷收卷的生产工艺要求。以棒材生产的通过预矫、冷拉变形、剪切定尺、精矫、收集方法进行最终的成型加工。剪切模安装规格是以成品最大尺寸+0. 5mm，确保端部无平整，无剪切压痕；成品在线矫直使用水平轴(X轴)和垂直轴(Y轴)双向矫直，直线度< lmm/m。利用冷拉后材料产生的加工硬化，适当的变形量达到所需的硬度，有利于S2生产中刚度的要求，HBff为260-300。S2冷拔六角钢的生产生产编号1K04536炉号154_1622 ;化学成分见下表I。表I S2钢的化学成分
元素 I-C ~SiMnCrMo Γ~ν
含量 ％ 066 ΤΤθ 053 0 26 0 46 O. 17坯料的制备盘卷球状化处理一盘卷表面处理一盘卷表面振光处理一盘卷润滑处理一盘卷冷拔成型处理。S2冷加工生产工艺实施例IΦ8. 5球状化处理(装炉量11.5吨，随炉升温到780_7901，保温5小时，彡201随炉控冷690-700°C，保温2小时后，控冷至140°C —盘卷表面处理Φ8. I (进给速度15_20m/min,刀盘转速控制在2600-2700RPM 1、2、3号抛光机转速设定240RPM)—盘卷表面振光处理(O. I铸钢丸，抛丸电流设定为8 10A，抛丸口设定半开状态，投射速度中，拉拔速度15-20m/min，收卷为Φ7.9πιπι)—盘卷润滑处理(浓度为15-20%脱脂剂，温度控制40-50°C，时间50-70分钟，上D3-D35皮膜剂，总酸度(TA) :40，游离酸度(FA) :6.0，温度75°C，浸溃时间8min ;上润滑剂LS-2液溶度6 %，温度控制在80_85°C，浸溃时间4_5分钟。)一盘卷冷拔成型处理S6. 35mm (图I盘卷，图2棒材,速度30m/min)。冷拉成型后的棒材性能硬度为HRB 290，280脱碳0 ;均符合交货标准要求。实施例2Φ8. 5球状化处理(装炉量13吨，随炉升温到790-800°C，保温6小时，(20°C随炉控冷700-710°C，保温3小时后，控冷至120°C出炉)一盘卷表面处理Φ8. 3(进给速度19-20m/min，刀盘转速控制在2690-2700RPM 1、2、3号抛光机转速设定250RPM)，其他同实施例I。 冷拉成型后的棒材性能硬度为HRB 290,300脱碳0 ;均符合交货标准要求。实施例3Φ8. 5球状化处理(装炉量8吨，随炉升温到790-800°C，保温4小时后冷却到690°C保温2小时，带冷却罩冷却到140°C出炉)一盘卷表面处理Φ8. 2(进给速度20m/min，刀盘转速控制在2690RPM 1、2、3号抛光机转速设定240RPM)—盘卷表面振光处理(O. 3铸钢丸，抛丸电流设定为8 9A，抛丸口设定半开状态，投射速度中，拉拔速度18-20m/min,收卷为Φ8. Omm)—其他同实施例I。冷拉成型后的棒材性能硬度为HRB 290,290脱碳0 ;均符合交货标准要求。通过S2工具钢的高性能六角形冷拔材的冷拔材生产，其生产过程流畅，适合大批
量生产的需要。
权利要求
1.一种S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，包括退火处理和冷拉成型工艺，其特征在于该方法的主要步骤是 (1)盘卷球状化退火处理热轧后的盘卷进行球状化退火处理，所述退火的控制要求为随炉升温到780-800°C，保温4-6小时后冷却到690_710°C保温2_3小时，冷却到140°C以下出炉； (2)盘卷表面处理对上述球状化处理的盘卷依次进行开卷矫直、切削、抛光处理，使盘卷表面粗糙度Ra < O. 8 μ m ; (3)盘卷表面振光处理在连续拉拔机组上，采取3-5%的变形量、以15-20m/min的速度进行抛丸振光拉拔； (4)盘卷润滑预处理对上述振光处理得到的盘卷进行脱脂、润滑处理； (5)盘卷冷拔成型处理经过开卷预矫、冷拔和在线收集，得到六角形盘卷或棒材；所述冷拔过程中单道次冷变形量控制在30-40%，拉拔速度20-50m/min。
2.根据权利要求I所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于所述球状化退火处理在强对流氮氢保护气氛罩式炉中进行。
3.根据权利要求I所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步骤(I)所述冷却是在带冷却罩下进行的。
4.根据权利要求I所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步骤(3)所述抛丸振光拉拔中，采用O. I O. 3mm的铸钢丸；所述抛丸电流设定为8 12A。
5.根据权利要求I所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步骤(4)所述脱脂处理中温度控制在40-50°C，脱脂时间为50-70分钟。
6.根据权利要求I所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步骤(4)所述润滑处理中，在使用润滑剂之前采用皮膜剂浸溃。
7.根据权利要求6所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于所述皮膜剂的浸溃温度为65-85°C,浸溃时间5-10分钟。
8.根据权利要求6或7所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于所述润滑剂的浸溃温度控制在75-85°C，浸溃时间为4-5分钟。
9.根据权利要求I所述的S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步骤(5)所述冷拔中使用的模具其表面光洁度达到镜面要求。
10.权利要求I所述制造方法制得的S2工具钢的高性能六角形冷拔材，其特征在于所述冷拔材的脱碳层< O. 02mm，硬度指标< 260 300HBW。
全文摘要
本发明提供了一种S2工具钢的高性能六角形冷拔材的制造方法，该方法主要包括盘卷球状化退火处理、盘卷表面处理、盘卷表面振光处理、盘卷润滑预处理和盘卷冷拔成型处理步骤。通过对退火处理中的温度、时间参数，振光处理中的变形量、拉拔速度等参数，冷拔成型中的变形量、拉拔速度等参数进行调整优化，得到了脱碳层≤0.02mm，硬度指标≤260～300HBW，钢材表面无缺陷的S2工具钢六角形冷拔材。
文档编号B21C1/20GK102950445SQ20111024318
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者汤飞, 施惠琴 申请人:宝山钢铁股份有限公司