專利名稱：中碳合金鋼電接觸加熱溫拔工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬壓カ加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種金屬棒線材的加熱拉拔加工エ藝。
背景技術(shù)：
利用傳統(tǒng)的有模拉拔エ藝對難加工線棒材進(jìn)行加工時(shí)，由于合金的塑性低，單一道次斷面收縮率低，導(dǎo)致拉抜道次多、模具壽命短、拉斷頻率高和能耗大等諸多問題；同時(shí)，在拉拔過程中需要進(jìn)行多次退火，導(dǎo)致エ藝流程復(fù)雜、表面質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、材料浪費(fèi)嚴(yán)重、成材率低等問題。無模拉拔成形エ藝是ー種熱加工エ藝，具有許多常規(guī)拉拔エ藝所不具備的優(yōu)點(diǎn)不采用模具，エ藝柔性度大；材料的變形程度可以在拉拔的過程中隨時(shí)間變化，有利于生產(chǎn)實(shí)心或空心錐形件及變斷面エ件；材料的變形在局部區(qū)域發(fā)生，并且通過局部區(qū)域材料在變形過程中穩(wěn)定擴(kuò)展，使材料整體變形；材料的變形過程在高溫范圍內(nèi)進(jìn)行，其原 始組織狀態(tài)對變形過程的影響較小；熱加工、無摩擦，能用于高強(qiáng)度及高摩擦材料成形；カロエ時(shí)拉拔カ小；單一道次斷面收縮率大；斷面收縮率只取決于運(yùn)動(dòng)裝置的移動(dòng)速度；設(shè)備規(guī)模小，靈活性高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[黃貞益，王萍，孔維斌，等.無模拉伸エ藝及發(fā)展.華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，17 (2) :118 120]。因此該エ藝特別適合加工ー些用常規(guī)有模拉拔很難成形的金屬材料。但是，無模拉拔成形過程中變形溫度、冷熱源距離、送料速度和牽引速度等エ藝參數(shù)的合理匹配與精確控制難度大，導(dǎo)致拉拔過程容易產(chǎn)生不穩(wěn)定，成品尺寸均勻性差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)拉斷等問題。中國專利CN200610113610. 8公開了ー種智能化無模拉拔成形設(shè)備及其エ藝，智能化無模拉拔成形設(shè)備，包括智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)、送料和牽引系統(tǒng)、測溫與加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、保護(hù)氣體供給系統(tǒng)；其エ藝步驟為首先松開自動(dòng)壓下裝置，將待拉拔線棒料依次穿過送料輥，玻璃管，冷卻水環(huán)和牽引輥；然后，啟動(dòng)壓下裝置壓緊坯料；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)控制程序后，線棒料在兩對送料輥的作用下，以速度Vi向前移動(dòng)；同時(shí)，線棒料在兩對牽引輥?zhàn)饔孟?，以速度Vo向前移動(dòng)，在感應(yīng)加熱線圈和冷卻水環(huán)噴射的冷卻水的作用下，將位于兩者之間的坯料部分加熱，溫度保持在熔點(diǎn)溫度的
O.5 O. 9倍之間，使坯料上張カ所引起的塑性變形集中在加熱區(qū)域中；通過控制Vo與Vi之比為I く Vo/Vi < 2. 5，得到預(yù)期的斷面收縮率，最高達(dá)到60%。其利用智能化技術(shù)對無模拉拔過程進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)對直徑大于或等于2mm的金屬線棒材進(jìn)行拉拔成形，尤其能對難加工線棒材進(jìn)行拉拔成形，單道次無模拉拔成形斷面收縮率最高可達(dá)30 60%。中國專利CN200810235718. 3針對目前國內(nèi)對于低合金高速鋼的拉拔變形，通常采用熱拉拔的方法以減小形變抗カ并提高變形塑性，拉拔時(shí)坯料的溫度為450-550°C ;然而在該溫度下，對于含有高含量硅的低合金高速鋼仍然難以進(jìn)行熱拉拔變形，導(dǎo)致拉拔產(chǎn)品表面開裂，且斷絲率很高。公開了ー種低合金高速鋼熱拉拔エ藝，包括坯料退火、酸洗、干燥、熱拉拔、成品退火及矯直，所述坯料退火采用如下步驟I)將低合金高速鋼軋制坯料放入退火爐，加熱至900 920°C，加熱升溫速度為300°C /小時(shí)，保溫時(shí)間為6 8小時(shí)；
2)低合金高速鋼坯料退火冷卻，當(dāng)溫度大于500°C時(shí)，冷卻速度為25°C 30°C /小吋；3)當(dāng)溫度小于500°C時(shí)，將坯料取出；4)退火エ序總時(shí)間為36 48小時(shí)；所述熱拉拔采用如下步驟I)將經(jīng)過酸洗并干燥后的單根坯料兩頭通電，利用自身電阻使高速鋼發(fā)熱升溫；2)當(dāng)溫度達(dá)到650 700°C時(shí)進(jìn)行熱拉拔變形；道次形變率為10 20%; 3)拉拔速率控制在10 15米/分鐘。由于通過提高傳統(tǒng)低合金高速鋼坯料的退火溫度，從而使得高Si低合金高速鋼中碳化物分布均勻，并消除粗大碳化物，減少了在拉拔過程中由于碳化物開裂而導(dǎo)致產(chǎn)品表面產(chǎn)生裂紋以及斷裂的傾向。同時(shí)本發(fā)明提高了低合金高速鋼的常用熱拉拔溫度，一方面可進(jìn)ー步減少碳化物的開裂傾向，提高熱塑性；另ー方面使材料的變形抗力降低，加快原子運(yùn)動(dòng)，有利于原子擴(kuò)散的進(jìn)行和位錯(cuò)畸變區(qū)的恢復(fù)，減輕了材料的加工硬化現(xiàn)象，達(dá)到減少斷裂率，提高拉拔速度，從而提高了生產(chǎn)效率的目的。中碳合金鋼因其含碳量高，合金元素含量高，組織中有大量復(fù)雜的合金碳化物，致使其冷變型困難，道次形變量小，一般均為8 15%,過去國內(nèi)外傳統(tǒng)的冷拔エ藝多姆拔一道次后即進(jìn)行熱處理、酸洗、涂層、再拉拔，從原料至成品需如此循環(huán)多次，其弊處主要有生產(chǎn)效率低下、能耗高，不適宜現(xiàn)今規(guī)?；?、節(jié)能化的生產(chǎn)模式；鋼材在深度不等的表面層中易產(chǎn)生諸如碳化物被拉裂、拉斷、基本產(chǎn)生微裂紋以及夾雜物碎裂、剝落、孔洞和溝槽等質(zhì)量缺陷，當(dāng)鋼中有大塊角狀碳化物時(shí)存在吋，缺陷更加突出，從而使材質(zhì)性能下降、成材 率下降、嚴(yán)重時(shí)甚至無法產(chǎn)生合格品；冷拔酸洗時(shí)產(chǎn)生的廢水無法處理，產(chǎn)生環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種中碳合金鋼電接觸加熱溫拔エ藝，有效地解決了傳統(tǒng)冷拔エ藝的弊端，一次退火后，可多道次拉拔、總變形率大，大大減少了原拉拔エ藝的中間退火次數(shù)，減少了酸洗エ序，生產(chǎn)效率高、成本低、成品的冶金質(zhì)量和成材率大幅度提高。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
中碳合金鋼電接觸加熱溫拔エ藝，包括軋制盤元退火、酸洗、干燥、熱拉拔、成品退火及矯直，所述熱拉拔是將經(jīng)過酸洗并干燥后的軋制盤元采用電接觸加熱方式，干式単相變壓器電接觸點(diǎn)是以拉模座為ー極，活動(dòng)小車為另ー極，通過低電壓、大電流，利用自身電阻使中碳合金鋼發(fā)熱升溫同時(shí)拉拔變形，盤元溫度為650 700°C，道次形變率為10 20%，拉拔速率為10 15米/分鐘。所述中碳合金鋼的質(zhì)量百分比為C:0. 48-0. 58%, Si: ^ O. 35%, P:彡O. 030%,
S:彡 O. 030%, Cr:20. 00-22. 00%, Ni:3. 25-4. 50%, N:O. 35-0. 50%。本發(fā)明的采用電接觸加熱方式，所述熱拉拔是將經(jīng)過酸洗并干燥后的軋制盤元采用電接觸加熱方式，干式單相變壓器電接觸點(diǎn)是以拉模座為ー極，活動(dòng)小車為另ー極，通過低電壓、大電流，利用自身電阻使中碳合金鋼發(fā)熱升溫同時(shí)拉拔變形，通過改變活動(dòng)小車與拉模座間的盤元的長度控制其自加熱的溫度。其具有設(shè)備簡単，投資少，熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，通過エ藝設(shè)備的改進(jìn)，消除了傳統(tǒng)電接觸加熱盤元表面易打火的不足。一次退火后，可多道次拉拔、總變形率大，最大變形量可達(dá)60 70%，大大減少了原拉拔エ藝的中間退火次數(shù)，減少了酸洗エ序，生產(chǎn)效率高、成本低、成品的冶金質(zhì)量和成材率大幅度提高。
具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例中碳合金鋼軋制盤元，尺寸為直徑IOmm;其質(zhì)量百分比為C: O. 58%, Si : O. 35%,Cr :21%, Ni: 4. 02%, N: O. 43%，其余為Fe，雜質(zhì)S和P的含量均低于O. 02%。其熱拉拔エ藝如下
1)先將軋制盤元置于退火爐中進(jìn)行退火處理，升溫速度為300°C/小時(shí)，待爐溫升到920°C后保溫6小時(shí)，并以25°C /小時(shí)冷卻到500°C后出爐；
2)將退火坯料放入10%的稀鹽酸溶液中，表面氧化皮去除后取出干燥；
3)將經(jīng)過酸洗并干燥后的軋制盤元采用電接觸加熱方式，干式單相變壓器電接觸點(diǎn)是以拉模座為ー極，活動(dòng)小車為另ー極，通過低電壓、大電流，利用自身電阻使中碳合金鋼發(fā)熱升溫同時(shí)拉拔變形，盤元溫度為700°C，道次形變率為15%，拉拔速率為14米/分鐘，反復(fù)拉拔直到所需直徑4mm ；
4)將拉拔后的成品進(jìn)行退火處理，退火溫度為880°C，保溫4小時(shí)，消除成品在拉拔過程中產(chǎn)生的組織缺陷； 5)矯直；
6)檢驗(yàn)入庫成品表面進(jìn)行裂紋檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品進(jìn)行包裝入庫。過程原理干式單相變壓器電接觸點(diǎn)是以拉模座為ー極，活動(dòng)小車為另ー極，通過低電壓、大電流的電熱效應(yīng)而加熱軋制盤元，電極應(yīng)與無關(guān)部分絕緣，以避免不應(yīng)有的分流。電流熱效應(yīng)根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt
式中Q— 發(fā)熱量(J);
I-次級電流(A);
R—被加熱鋼材電阻(Ω )；t一加熱時(shí)間(S)；
鋼材加熱到一定溫度所需的理論熱量的公式
QL = C* (T 終-T 起)*r*L*S式中QL—理論需要熱量(J)；
C-某鋼號的比熱(J/ (g · °C>)；r-比重(g/ cm 3 )；
L-被加熱鋼材長度(cm)；
S-被加熱鋼材的截面積(cm 2 )；
T終-加熱的終止溫度(°C)；
T起-加熱的起始溫度(で)。公式(1)、(2)中(I、R、C)幾個(gè)參數(shù)是隨加熱溫度的變化而變化的。隨加熱溫度的升高，電流逐漸下降，電阻和比熱逐漸上升；電阻和電阻率與長度成正比，和截面積成反比，參數(shù)隨溫度的變化給工程計(jì)算帶來一定的難度。由于鋼材加熱過程的熱散失，變壓器和線路損耗等原因，致使鋼材加熱到控制溫度所需實(shí)際熱量大于理論需要熱量(QL)。為保證鋼材在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到控制溫度，所需電流盡可能大，熱散失和損耗盡可能小。加熱主要參數(shù)鋼材直徑、長度、加熱溫度、加熱時(shí)間、次級電壓、次級起始和終止電流、起始功率和終止功率、變壓器容量等。有的參數(shù)在加熱過程中隨溫度而變化，如次級電流、功率等。加熱溫度的選擇溫拔前的加熱溫度受鋼種本身高溫屈服強(qiáng)度、高溫塑性、道次變形量、鋼材拉后冷尺寸、生產(chǎn)效率、能耗等多種因素制約。在偏低的加熱溫度下溫拔，會(huì)得到較高的冷尺寸精度、高的生產(chǎn)效率、低的能耗，鋼材和電極的接觸部分不易因超溫而造成斷頭和斷尾，但不利的一面是加工硬化大，在兩道以上拉拔時(shí)斷頭多，拉拔カ増大，難以實(shí)現(xiàn)多道次拉拔，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。若采用偏高的加熱溫度，雖然高溫屈服強(qiáng)度低，高溫塑性好，加工硬化小，利于多道次拉拔，但相應(yīng)地帶來了冷尺寸精度較差、生產(chǎn)效率低，能耗高、且鋼材和電極接觸部位易超溫，進(jìn)而導(dǎo)致拉拔時(shí)斷頭和斷尾，以及在正常道次變形率情況下，出現(xiàn)因高溫屈服強(qiáng)度不足而導(dǎo)致頸縮斷裂。在分析了國內(nèi)外資料和實(shí)驗(yàn)情況后認(rèn)為隨著溫度的升高，強(qiáng)度在下降；雖然塑性總的趨勢在升高，但在一定溫度(或溫度區(qū)間)下，高溫塑性出現(xiàn)低谷。這就要求在高溫屈服強(qiáng)度能滿足一般道次變形率情況下，選擇高溫塑性較高的溫度，避免高溫塑性較低的溫度；同時(shí)考慮到是一道還是多道拉拔，是中間道次還 是成品道次拉拔，以及生產(chǎn)效率、能耗等多種因素。實(shí)施例只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容或依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上方案所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.中碳合金鋼電接觸加熱溫拔エ藝，包括軋制盤元退火、酸洗、干燥、熱拉拔、成品退火及矯直，其特征在干所述熱拉拔是將經(jīng)過酸洗并干燥后的軋制盤元采用電接觸加熱方式，干式單相變壓器電接觸點(diǎn)是以拉模座為ー極，活動(dòng)小車為另ー極，通過低電壓、大電流，利用自身電阻使中碳合金鋼發(fā)熱升溫同時(shí)拉拔變形，盤元溫度為650 700°C，道次形變率為10 20%，拉拔速率為10 15米/分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中碳合金鋼電接觸加熱溫拔エ藝，其特征在于所述中碳合金鋼的質(zhì)量百分比為C:0. 48-0. 58%, Si: ^ O. 35%, P: く 0.030%, S: ^ O. 030%, Cr:20. 00-22. 00%,Ni :3. 25-4. 50%, N: O. 35-0. 50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中碳合金鋼電接觸加熱溫拔工藝，包括軋制盤元退火、酸洗、干燥、熱拉拔、成品退火及矯直，所述熱拉拔是將經(jīng)過酸洗并干燥后的軋制盤元采用電接觸加熱方式，干式單相變壓器電接觸點(diǎn)是以拉模座為一極，活動(dòng)小車為另一極，通過低電壓、大電流，利用自身電阻使中碳合金鋼發(fā)熱升溫同時(shí)拉拔變形。該工藝通過改變活動(dòng)小車與拉模座間的盤元的長度控制其自加熱的溫度，具有設(shè)備簡單，投資少，熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，一次退火后，可多道次拉拔、總變形率大，大大減少了原拉拔工藝的中間退火次數(shù)，減少了酸洗工序，生產(chǎn)效率高、成本低、成品的冶金質(zhì)量和成材率大幅度提高。
文檔編號C22C38/40GK102814347SQ20111015069
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者劉莊明, 劉莊根, 計(jì)建康, 陳春所, 孫建華 申請人:江蘇興海特鋼有限公司