一种适用于1Cr17Ni2不锈钢冷拉线材的在线软化退火方法与流程

本发明主要涉及冶金行业马氏体不锈钢热处理中的退火领域，更具体讲是一种适用于马氏体不锈钢冷拉线材进行在线软化退火的热处理方法。

背景技术：
不锈钢可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双向不锈钢、沉淀硬化不锈钢五大类；马氏体不锈钢是一类可通过热处理对其性能进行调整的不锈钢，基本是13%Cr和17%Cr的两种类型，一般可分为马氏体铬不锈钢、铬-镍马氏体不锈钢。1Cr17Ni2是一种用途广泛的高强度铬-镍马氏体不锈钢，不仅保留了铁素体不锈钢耐蚀的性能，同时又具有马氏体不锈钢的高强度优势，经淬火和低温回火处理后具有较高的强度，同时因为它的铬含量较高，具有良好的抗腐蚀能力，被广泛应用于化工、食品、航空和船舶工业等领域。1Cr17Ni2是在16Cr钢中加镍而提高了淬透性的铬-镍马氏体不锈钢，回火抗力大，晶粒不易粗化。回火后可得到冲击值好的高强度材料，作为结构钢在可淬火不锈钢中是耐蚀性最好的。由于它具有马氏体不锈钢中最好的耐蚀性和最高的强度，因而在船用机械、压缩机转子、压气机叶片等制造中有广泛的应用。传统冷拉丝材的生产工艺是：热轧盘圆、退火、碱浸、冲洗、酸洗、涂层、拉丝、去涂层、二次退火（循环拉拔，直至成品）、成品检验、包装（详见图1）。显而易见，在1Cr17Ni2马氏体不锈钢的冷加工生产过程中，软化退火热处理是必不可少的。马氏体不锈钢丝采用退火处理的目的是：消除内应力，防止裂纹；消除加工硬化，以利于继续加工。马氏体钢冷加工的残余应力如不及时消除往往导致钢的开裂。对1-4Cr13，工艺规定拉拔后的半成品钢丝，必须在12h内装炉热处理，一些含镍的马氏体钢，例如本发明的1Cr17Ni2牌号，由于镍的作用，奥氏体完全分解成珠光体所需时间非常长，很难通过退火达到软化的目的，通常采用高温回火的办法来实现软化。日本JIS标准推荐采用二段退火法来软化1Cr17Ni2，第一次750℃、空冷；第二次650℃、空冷。尽管如此，还是不能软化到HB230以下。目前常规的软化退火工艺均采用周期炉退火（井式炉、罩式炉等）。现有技术中，国家相关标准（中华人民共和国标准GB/T4240-2009《不锈钢丝》及GB/T4232-2009《不锈冷镦钢丝》）均没有1Cr17Ni2冷拉线材的软化退火制度和相应的生产工艺。国家相关标准（中华人民共和国军用标准GJB2294-95，航空用不锈钢及耐热钢棒规范）手册中推荐的1Cr17Ni2冷拉材的软化退火制度是高温回火工艺：680℃，保温5小时。实际生产中，一般的热处理工艺是将1Cr17Ni2冷拔材放在罩式炉中随炉加热到650—700℃，保温8—11小时，再出炉空冷；升温速度不作规定，生产中一般的升温时间为4—5小时。离线软化退火的缺点有：（1）退火时间周期长；（2）由于不锈钢氧化皮成分复杂，用单一酸很难将其彻底去除，因此，不锈钢丝多采用盐酸、硝酸、硫酸等混合酸洗，都有毒，作业环境危险，能给人造成难以愈合的创伤；（3）酸洗后的钢丝要用0.8～1.2MPa的高压水将表面残酸及残渣冲洗干净，造成了环境污染和水资源浪费；（4）酸洗过程容易出现钢丝表面氧化皮清洗不净或者过酸洗，影响产品的表面质量。

技术实现要素：
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种适用于1Cr17Ni2不锈钢冷拉线材的在线软化退火方法。本发明是对传统软化退火热处理工艺的改进，利于本发明来生产1Cr17Ni2冷拉线材，具有退火硬度低、表面质量好、工艺简单、不用酸洗、减少污染等特点，满足了1Cr17Ni2马氏体不锈钢冷拉线材的实际生产需要。本发明的目的可通过下述技术措施来实现：本发明的适用于1Cr17Ni2不锈钢冷拉线材的在线软化退火方法是将经由放线装置拉拔放线后的钢丝依次经过两级清洗、烘干、在线软化退火、分级冷却之后收线，其步骤如下：（a）两级清洗：经由放线装置拉拔放线后的钢丝，首先穿过电解碱洗槽以去除钢丝表面附着的残留拉拔润滑剂，接着穿过水洗槽以去除钢丝表面附着的残留碱液，得到表面干净的钢丝；（b）烘干：表面干净的钢丝前移，进入200℃～250℃的预热炉进行烘干，避免水分进入后序工位而造成钢丝表面氧化；（c）在线软化退火：经过烘干后的钢丝继续前移，进入管式炉进行在线软化退火；其中，所述管式炉内的温度为750℃～800℃，在线软化退火的DV值为30～60Dmm/s；（d）分级冷却：从管式炉中移出的经在线软化退火后的钢丝接着进入保温槽，在保温槽中钢丝以40～100℃/min的速度缓慢冷却至650℃；出保温槽的钢丝在炉管内继续前移，经自然冷却一段时间使钢丝降温至400℃；接着钢丝进入冷却槽进行水冷，水冷后便得到待收线的钢丝；所述冷却槽中水温为5℃～25℃；所述炉管是内腔填充有保护气体的钢丝通道，依次贯穿于管式炉、保温槽和冷却槽。本发明中所述管式炉内的温度低于钢丝的相变点温度AC1。在本发明中所述保护气体是由氮气和氢气组成的混合气体。本发明中所述钢丝为1Cr17Ni2冷拉丝。本发明的设计原理如下：由于1Cr17Ni2的冷加工性能差、易开裂，在1Cr17Ni2马氏体不锈钢每次拉拔后必须在12小时内及时进行软化退火，以便及时消除冷加工应力、降低硬度、为后续的冷变形奠定良好的基础。本发明是利用管式炉加保护气体的方式对1Cr17Ni2冷拉丝进行在线软化退火，且管式炉内的温度低于钢丝的相变点温度AC1。即经由放线装置拉拔放线后的钢丝依次经过两级清洗、烘干、在线软化退火、分级冷却之后收线。更具体讲，清洗的目的是去除钢丝表面附着的残留拉拔润滑剂和残留碱液，得到表面干净的钢丝。烘干的目的是避免水分进入后序工位因破坏保护气体而造成钢丝表面的氧化（在后序工位中设置有依次贯穿于管式炉、保温槽和冷却槽的炉管，炉管内腔填充有保护气体，钢丝从炉管中穿过、前移）。进行在线软化退火时管式炉内的温度为750℃～800℃，低于钢丝的相变点温度AC1（1Cr17Ni2的相变点温度为810℃）；在线软化退火的DV值为30～60Dmm/s，即可以在管式炉内保温适当时间。在线软化退火后的钢丝从管式炉中移出后进入保温槽，在保温槽中钢丝以40～100℃/min的速度缓慢冷却到650℃；出保温槽的钢丝在炉管内继续前移，经自然冷却一段时间使钢丝降温至400℃；接着钢丝进入水温为5℃～25℃的冷却槽进行水冷，水冷后便得到待收线的钢丝。这样就可以促进残余奥氏体的进一步分解，同时缓慢冷却可以避免淬火组织的产生，减轻了后续钢丝拉拔开裂的倾向。本发明的有益效果如下：本发明是对传统软化退火热处理工艺的改进，利于本发明来生产1Cr17Ni2冷拉线材，具有退火硬度低、表面质量好、工艺简单、不用酸洗、减少污染等特点，满足了1Cr17Ni2马氏体不锈钢冷拉线材的实际生产需要。1、通过管式炉在线软化退火，产品性能可以达到周期炉退火效果，表面质量得到改善（对细规格钢丝效果更好），减轻了冷拉线材冷镦开裂倾向；2、免去了酸洗工序，减少污染，同时改善表面质量；3、加工工艺流程简单，一套在线热处理线即可完成钢丝的软化退火，一道工序省去了碱浸、水洗、酸洗多道工序，节约成本。附图说明图1是传统冷拉丝材退火热处理的工艺流程图。图2是本发明在线软化退火的工艺流程图。具体实施方式本发明以下将结合实施例作进一步描述：本发明的适用于1Cr17Ni2不锈钢冷拉线材的在线软化退火方法是将经由放线装置拉拔放线后的钢丝依次经过两级清洗、烘干、在线软化退火、分级冷却之后收线。本发明的实施例中所述的钢丝均为1Cr17Ni2冷拉丝；本发明的实施例中所述的管式炉内的温度均低于钢丝的相变点温度AC1；本发明的实施例中所述炉管是内腔填充有保护气体的钢丝通道，依次贯穿于管式炉、保温槽和冷却槽，所述保护气体是由氮气和氢气组成的混合气体。以下不再赘述。实施例1（a）两级清洗：经由放线装置拉拔放线后的直径为φ2.14mm的钢丝，首先穿过电解碱洗槽以去除钢丝表面附着的残留拉拔润滑剂，接着穿过水洗槽以去除钢丝表面附着的残留碱液，得到表面干净的钢丝。（b）烘干：表面干净的钢丝前移，进入200℃的预热炉进行烘干，避免水分进入后序工位而造成钢丝表面氧化。（c）在线软化退火：经过烘干后的钢丝继续前移，进入管式炉进行在线软化退火；其中，所述管式炉内的温度为750℃～780℃，在线软化退火的DV值为35Dmm/s。（d）分级冷却：从管式炉中移出的经在线软化退火后的钢丝接着进入保温槽，在保温槽中钢丝以80℃/min的速度缓慢冷却至650℃；出保温槽的钢丝在炉管内继续前移，经自然冷却一段时间使钢丝降温至400℃；接着钢丝进入冷却槽进行水冷，水冷后便得到待收线的钢丝；所述冷却槽中水温为16℃。实施例2（a）两级清洗：经由放线装置拉拔放线后的直径为φ4.76mm的钢丝，首先穿过电解碱洗槽以去除钢丝表面附着的残留拉拔润滑剂，接着穿过水洗槽以去除钢丝表面附着的残留碱液，得到表面干净的钢丝。（b）烘干：表面干净的钢丝前移，进入230℃的预热炉进行烘干，避免水分进入后序工位而造成钢丝表面氧化。（c）在线软化退火：经过烘干后的钢丝继续前移，进入管式炉进行在线软化退火；其中，所述管式炉内的温度为770℃～800℃，在线软化退火的DV值为50Dmm/s。（d）分级冷却：从管式炉中移出的经在线软化退火后的钢丝接着进入保温槽，在保温槽中钢丝以65℃/min的速度缓慢冷却至650℃；出保温槽的钢丝在炉管内继续前移，经自然冷却一段时间使钢丝降温至400℃；接着钢丝进入冷却槽进行水冷，水冷后便得到待收线的钢丝；所述冷却槽中水温为11℃。实施例3（a）两级清洗：经由放线装置拉拔放线后的直径为φ5.29mm的钢丝，首先穿过电解碱洗槽以去除钢丝表面附着的残留拉拔润滑剂，接着穿过水洗槽以去除钢丝表面附着的残留碱液，得到表面干净的钢丝。（b）烘干：表面干净的钢丝前移，进入250℃的预热炉进行烘干，避免水分进入后序工位而造成钢丝表面氧化。（c）在线软化退火：经过烘干后的钢丝继续前移，进入管式炉进行在线软化退火；其中，所述管式炉内的温度为770℃～800℃，在线软化退火的DV值为60Dmm/s。（d）分级冷却：从管式炉中移出的经在线软化退火后的钢丝接着进入保温槽，在保温槽中钢丝以50℃/min的速度缓慢冷却至650℃；出保温槽的钢丝在炉管内继续前移，经自然冷却一段时间使钢丝降温至400℃；接着钢丝进入冷却槽进行水冷，水冷后便得到待收线的钢丝；所述冷却槽中水温为5℃。采用本发明的在线退火处理方式，使1Cr17Ni2不锈钢的冷拉退火后抗拉强度达到略高于离线退火值（见表1），延伸值与离线退火相当水平。一方面，较低的抗拉强度及延伸值，满足了冷拔材的技术要求；另一方面减少了生产流程，生产效率提高，生产成本降低，同时消除了酸对环境的污染，产品表面质量得到稳定提高。1Cr17Ni2冷拉线材软化退火力学性能表1