一種高強度鋼拉桿用合金材料及其處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度鋼拉桿用合金材料及其處理工藝，加入了鎳元素，提高了鋼拉桿的強度和韌性，提高了淬透性與抗腐蝕能力，增加了C和N元素的原子活性，使各原子形成的氣團(tuán)能與位錯形成強烈的相互作用，同時在處理中利用真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，利用氬氣保護(hù)模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量；本發(fā)明所設(shè)計的高強度鋼拉桿用合金材料及其處理工藝克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，強度高、無污染、淬透性好、不易開裂且松弛度低。
【專利說明】一種高強度鋼拉桿用合金材料及其處理工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強度鋼拉桿用合金材料及其處理工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]目前閥門的運用在很多領(lǐng)域起到關(guān)鍵的作用，由于鋼拉桿的使用環(huán)境受到其材質(zhì)的影響，并且鋼拉桿也存在缺陷，如:耐磨擦能力低，耐高溫性能差，強度低，使用壽命短等，由于鋼拉桿的屈服強度較低，在施工過程中受人為活動荷載作用，常使鋼拉桿受力彎曲變形，不能滿足鋼筋混凝土保護(hù)厚度的構(gòu)造限制而產(chǎn)生裂縫，造成工程質(zhì)量隱患。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，鋼材原料成分中碳和氮元素的原子活性較低，各原子形成的氣團(tuán)不能與位錯形成強烈的相互作用，外界無需提供較大的應(yīng)力就能開動位錯，從而使性能很不穩(wěn)定，同時鋼拉桿鍛坯中氫含量在2.0ppm以上，鋼拉桿鍛坯容易產(chǎn)生裂紋從而誘發(fā)氫致裂紋及氫致延遲滯后裂紋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種強度高、無污染、淬透性好、不易開裂及松弛度低的高強度鋼拉桿用合金材料及其處理工藝。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計了一種高強度鋼拉桿用合金材料，其重量百分比成分為:碳:0.30%-0.35%、硅:0-0.30%、錳:0-0.90%、鉻:0.80%-1.20%、鎳:3.50%-4.00%、鑰:0.50%-0.60%、磷:0-0.015%,硫:0-0.015%,氫:0-2.0ppm,釩:0.10%-0.20%、鈦:0-0.020%、銅:0-0.20%、鋁:0-0.05%、稀土:0.12-0.15%，微量雜質(zhì):0-0.50%，其余為 Fe ；
稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.3-5.5%，Pr:12.4-12.6%，Dy:3.6-3.9%，Ac:7.6-7.8%, Nd:5.8-6.0%, Sm:11.5-11.8%, Ce:15.3-15.5%, Lu: 13-15%，余量為 La ；技術(shù)效果:本發(fā)明以鉻鎳鑰合金結(jié)構(gòu)鋼為坯料，可提高鋼的韌性、彈性、耐磨性及抗擊性能，并使鋼質(zhì)緊密，并且鋼中的釩非常穩(wěn)定，不易被鹽酸、硫酸所分解，加入釩后的鋼淬透性好，可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學(xué)性能以及可選用鋼件淬火應(yīng)力小的淬火劑，以減少變形和開裂；
本發(fā)明中加入了鎳元素，可以提高剛的強度和韌性，提高鋼的淬透性，可以改變鋼的一些物理性能，并且提高鋼的抗腐蝕能力，從而可以提高C和N元素的原子活性，使各原子形成的氣團(tuán)能與位錯形成強烈的相互作用，釘扎位錯，產(chǎn)生屈服平臺，使得需要外界提供較大的應(yīng)力才能開動位錯。
[0006]本發(fā)明的限定技術(shù)方案為:
進(jìn)一步的，前述的高強度鋼拉桿用合金材料，其重量百分比成分為:碳:0.30%、硅:0.10%、錳:0.40%、鉻:0.80%、鎳:3.50%、鑰:0.50%、磷:0.01%、硫:0.01%、氫:1.0ppm,釩:0.10%、鈦:0.010%、銅:0.10%、鋁:0.02%、稀土:0.12%，微量雜質(zhì):0.20%，其余為 Fe ；稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.3%，Pr:12.4%，Dy:3.6%，Ac:7.6%，Nd:5.8%, Sm:11.5%, Ce:15.3%, Lu: 13%，余量為 La。
[0007]前述的高強度鋼拉桿用合金材料，其重量百分比成分為:碳:0.35%、硅:0.30%、錳:0.90%、鉻:1.20%、鎳:4.00%、鑰:0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氫:2.0ppm、釩:0.20%、鈦:0.020%、銅:0.20%、鋁:0.05%、稀土:0.15%，微量雜質(zhì):0.50%，其余為 Fe ；
稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.4%，Pr:12.5%，Dy:3.7%，Ac:7.8%，Nd:0%，Sm:11.6%, Ce:15.4%, Lu: 14%，余量為 La。
[0008]本發(fā)明還設(shè)計了一種高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝，包括如下步驟:
步驟(I):在電弧爐冶煉過程中，先將爐溫升至450-550°C后加入合金材料，然后加熱至
1400-1450°C，保溫 l-2h ；
步驟(2):LF爐精煉，精煉溫度為1700-1720°C，成份微調(diào)，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學(xué)成份達(dá)到組分要求，用真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，脫氣溫度為1520?1530°C，真空度48-50帕，抽氣時間在4-6h ；
在LF爐精煉冶煉，保證了冶煉的質(zhì)量，并且在真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，用氬氣保護(hù)模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量，將鍛造好的毛坯進(jìn)行兩次熱處理，顯著提高閥門的抗腐蝕性和耐磨性，提高產(chǎn)品的使用壽命，降低成本，并且在閥門部件的表面噴涂石墨粉磨，增加其表面的耐磨性和強度；
步驟(3):出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷卻速率將水冷至925-935°C，然后在淬火裝置內(nèi)用水或淬火液進(jìn)行淬火，然后在回火加熱爐內(nèi)加熱到620-640°C后通過第一冷卻工藝?yán)鋮s到常溫；
步驟(4):初步熱軋，初步熱軋溫度為1220-1250°C，初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝?yán)鋮s至室溫，然后回?zé)嶂?150°C并進(jìn)行二次熱軋，二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對其進(jìn)行水冷/空冷二次循環(huán)間歇淬火處理；
步驟(5):使用高壓噴射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷卻至150-200°C，保溫5-8h，然后風(fēng)冷以20-25 °C /s的速度冷卻至室溫，最后清洗表面。
[0009]前述的高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝，步驟(3)中回火至620_640°C后先保溫30-45min，第一冷卻工藝具體為:用水冷以12_15°C /s的速度冷卻至室溫；
步驟(4)中第二冷卻工藝具體為:用油冷以13-15°C /s的速度冷卻至室溫。
[0010]前述的高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝，步驟(4)中空冷淬火的時間為水冷卻時間的1/2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/3 ;此后每個循環(huán)中入水冷卻時間按前一個循環(huán)的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環(huán)的1.5-2遞增，入水冷卻的過程中，對水進(jìn)行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.3米/秒；
利用水冷/空冷間歇淬火工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，開始時淬火的水溫低于36°C，通過水冷/空冷三次循環(huán)間歇淬火，最大限度地防止了淬火開裂和內(nèi)裂，同時也獲得均勻細(xì)小淬火，降低淬火溫度可有效地防止鋼筋淬裂傾向；
同時可以使碳化物進(jìn)一步充分溶解，均勻擴(kuò)散，避免了碳化物在晶間的析出造成晶間腐蝕和點蝕超標(biāo)，保證了材料的鐵素體含量在35%左右，可以進(jìn)一步使材料固溶充分，避免了熱處理方式加熱不均，固溶不均帶來的腐蝕速率超標(biāo)和硬度超標(biāo)，鞏固了前面冶煉后熱處理工藝產(chǎn)生的技術(shù)效果。

【具體實施方式】
[0011]實施例1
本實施例提供了一種高強度鋼拉桿用合金材料，其重量百分比成分為:碳:0.30%、硅:0.10%、錳:0.40%、鉻:0.80%、鎳:3.50%、鑰:0.50%、磷:0.01%、硫:0.01%、氫:1.0ppm、釩:0.10%、鈦:0.010%、銅:0.10%、鋁:0.02%、稀土:0.12%，微量雜質(zhì):0.20%，其余為 Fe ；稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.3%，Pr:12.4%，Dy:3.6%，Ac:7.6%，Nd:5.8%, Sm:11.5%, Ce:15.3%, Lu: 13%，余量為 La ；
本實施例中高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝具體為:
步驟(I):在電弧爐冶煉過程中，先將爐溫升至450-550°C后加入合金材料，然后加熱至1400-1450°C，保溫 l-2h ；
步驟(2):LF爐精煉，精煉溫度為1700-1720°C，成份微調(diào)，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學(xué)成份達(dá)到組分要求，用真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，脫氣溫度為1520?1530°C，真空度48-50帕，抽氣時間在4-6h ；
在LF爐精煉冶煉，保證了冶煉的質(zhì)量，并且在真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，用氬氣保護(hù)模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量，將鍛造好的毛坯進(jìn)行兩次熱處理，顯著提高閥門的抗腐蝕性和耐磨性，提高產(chǎn)品的使用壽命，降低成本，并且在閥門部件的表面噴涂石墨粉磨，增加其表面的耐磨性和強度；
步驟(3):出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷卻速率將水冷至925-935°C，然后在淬火裝置內(nèi)用水或淬火液進(jìn)行淬火，然后在回火加熱爐內(nèi)加熱到620-640°C后通過用水冷以12-15°C /s的速度冷卻至室溫；
步驟(4):初步熱軋，初步熱軋溫度為1220-1250°C，初步熱軋完成后通過用油冷以13-15°C /s的速度冷卻至室溫，然后回?zé)嶂?150°C并進(jìn)行二次熱軋，二次熱軋完成溫度為850 0C，二次熱軋后對其進(jìn)行水冷/空冷二次循環(huán)間歇淬火處理；
步驟(5):使用高壓噴射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷卻至150-200°C，保溫5-8h，然后風(fēng)冷以20-25 °C /s的速度冷卻至室溫，最后清洗表面。
[0012]實施例2
本實施例提供了一種高強度鋼拉桿用合金材料，其重量百分比成分為:碳:0.35%、硅:0.30%、錳:0.90%、鉻:1.20%、鎳:4.00%、鑰:0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氫:2.0ppm、釩:0.20%、鈦:0.020%、銅:0.20%、鋁:0.05%、稀土:0.15%，微量雜質(zhì):0.50%，其余為 Fe ；稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.4%，Pr:12.5%，Dy:3.7%，Ac:7.8%，Nd:0%，Sm:11.6%, Ce:15.4%, Lu: 14%，余量為 La ；
本實施例中高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝具體為:
步驟(I):在電弧爐冶煉過程中，先將爐溫升至450-550°C后加入合金材料，然后加熱至1400-1450°C，保溫 l-2h ；
步驟(2):LF爐精煉，精煉溫度為1700-1720°C，成份微調(diào)，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學(xué)成份達(dá)到組分要求，用真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，脫氣溫度為1520?1530°C，真空度48-50帕，抽氣時間在4-6h ；
在LF爐精煉冶煉，保證了冶煉的質(zhì)量，并且在真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，用氬氣保護(hù)模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量，將鍛造好的毛坯進(jìn)行兩次熱處理，顯著提高閥門的抗腐蝕性和耐磨性，提高產(chǎn)品的使用壽命，降低成本，并且在閥門部件的表面噴涂石墨粉磨，增加其表面的耐磨性和強度；
步驟(3):出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷卻速率將水冷至925-935°C，然后在淬火裝置內(nèi)用水或淬火液進(jìn)行淬火，然后在回火加熱爐內(nèi)加熱到620-640°C后通過用水冷以12-15°C /s的速度冷卻至室溫；
步驟(4):初步熱軋，初步熱軋溫度為1220-1250°C，初步熱軋完成后通過用油冷以13-15°C /s的速度冷卻至室溫，然后回?zé)嶂?150°C并進(jìn)行二次熱軋，二次熱軋完成溫度為8500C，二次熱軋后對其進(jìn)行水冷/空冷二次循環(huán)間歇淬火處理，空冷淬火的時間為水冷卻時間的1/2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/3 ;此后每個循環(huán)中入水冷卻時間按前一個循環(huán)的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環(huán)的1.5-2遞增，入水冷卻的過程中，對水進(jìn)行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.3米/秒；
步驟(5):使用高壓噴射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷卻至150-200°C，保溫5-8h，然后風(fēng)冷以20-25 °C /s的速度冷卻至室溫，最后清洗表面。
[0013]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高強度鋼拉桿用合金材料，其特征在于，其重量百分比成分為:碳:0.30%-0.35%,硅:0-0.30%、錳:0-0.90%,鉻:0.80%_1.20%、鎳:3.50%_4.00%、鑰:0.50%-0.60%、磷:0-0.015%、硫:0-0.015%,氫:0-2.0ppm,釩:0.10%_0.20%、鈦:0-0.020%、銅:0-0.20%、鋁:0-0.05%、稀土:0.12-0.15%,微量雜質(zhì):0-0.50%,其余為Fe ； 所述稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.3-5.5%，Pr: 12.4-12.6%，Dy:3.6-3.9%, Ac:7.6-7.8%, Nd:5.8-6.0%, Sm:11.5-11.8%, Ce:15.3-15.5%, Lu: 13-15%，余量為La。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強度鋼拉桿用合金材料，其特征在于，其重量百分比成分為:碳:0.30%、硅:0.10%、錳:0.40%、鉻:0.80%、鎳:3.50%、鑰:0.50%、磷:0.01%、硫:0.01%、氫:1.0ppm、釩:0.10%、鈦:0.010%、銅:0.10%、鋁:0.02%、稀土:0.12%，微量雜質(zhì):0.20%，其余為Fe ； 所述稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.3%,Pr:12.4%,Dy:3.6%, Ac:7.6%,Nd:5.8%, Sm:11.5%, Ce:15.3%, Lu: 13%，余量為 La。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強度鋼拉桿用合金材料，其特征在于，其重量百分比成分為:碳:0.35%、硅:0.30%、錳:0.90%、鉻:1.20%、鎳:4.00%、鑰:0.60%、磷:0.015%、硫:0.015%、氫:2.0ppm、釩:0.20%、鈦:0.020%、銅:0.20%、鋁:0.05%、稀土:0.15%，微量雜質(zhì):0.50%，其余為Fe ； 所述稀土中，按重量百分比包含以下組分:Eu:5.4%,Pr:12.5%,Dy:3.7%, Ac:7.8%,Nd:0%, Sm:11.6%, Ce:15.4%, Lu: 14%，余量為 La。
4.一種高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝，其特征在于，包括如下步驟: 步驟(I):在電弧爐冶煉過程中，先將爐溫升至450-550°C后加入合金材料，然后加熱至1400-1450°C，保溫 l-2h ； 步驟(2):LF爐精煉，精煉溫度為1700-1720°C，成份微調(diào)，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學(xué)成份達(dá)到組分要求，用真空脫氣爐進(jìn)行脫氣，脫氣溫度為1520?1530°C，真空度48-50帕，抽氣時間在4-6h ； 步驟(3):出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷卻速率將水冷至925-935°C，然后在淬火裝置內(nèi)用水或淬火液進(jìn)行淬火，然后在回火加熱爐內(nèi)加熱到620-640°C后通過第一冷卻工藝?yán)鋮s到常溫； 步驟(4):初步熱軋，所述初步熱軋溫度為1220-1250°C，初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝?yán)鋮s至室溫，然后回?zé)嶂?150°C并進(jìn)行二次熱軋，所述二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對其進(jìn)行水冷/空冷二次循環(huán)間歇淬火處理； 步驟(5):使用高壓噴射水或淬火液以13-15°C/s的速度冷卻至150-200°C，保溫5-8h，然后風(fēng)冷以20-25 °C /s的速度冷卻至室溫，最后清洗表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝，其特征在于， 步驟(3)中回火至620-640°C后先保溫30-45min，所述第一冷卻工藝具體為:用水冷以12-15°C /s的速度冷卻至室溫； 步驟(4)中第二冷卻工藝具體為:用油冷以13-15°C /s的速度冷卻至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述高強度鋼拉桿用合金材料的處理工藝，其特征在于， 步驟(4)中空冷淬火的時間為水冷卻時間的1/2，第一次空冷時間為第一次入水冷卻時間的1/3 ;此后每個循環(huán)中入水冷卻時間按前一個循環(huán)的0.8-0.7遞減，出水空冷時間按前一循環(huán)的1.5-2遞增，所述入水冷卻的過程中，對水進(jìn)行攪拌處理，其中，水的攪拌流速大于等于0.3米/秒。
【文檔編號】C21D1/18GK104294170SQ201410622554
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月8日
【發(fā)明者】姚圣法, 吳海洋 申請人:江蘇天舜金屬材料集團(tuán)有限公司