專利名稱：：一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧及其冷拔鋼絲的制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于金屬材料及其制備領域，特別涉及一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧及其冷拔鋼絲的制備方法，主要適用于冶金、機械、化工等領域。
背景技術：
：在目前技術中，冷拔絲材采用的冷變形量通常在百分之幾至百分之九十幾之間，主要根據(jù)絲材的鋼種、用途和性能要求決定。如為保證Fe-Cr-Ni系奧氏體不銹鋼具有較好的永磁特性，其絲材的冷拔變形量最好控制在百分之九十多(《上海鋼研》2000年第26巻第3期，第1頁~第4頁)。而對于GH90用作彈簧的絲材，為保i正滿足技術條件要求，其冷拔變形量最好控制在40%~45%(《上海鋼研》2005年第3期，第24頁第26頁)。冷拔絲材的變形量根據(jù)不同材料、不同用途以及不同性能要求，可以有不同的選擇。制作彈簧大部分采用冷拔絲材，不同之處是有的在冷拔后直接巻曲成簧，有的是經(jīng)過固溶后再制成彈簧。用兩種方法制得的彈簧都要經(jīng)過時效和穩(wěn)定化處理，時效處理是在原基體中析出細小彌散分布的強化相，以提高絲材的強度；而穩(wěn)定化處理是在時效并獲得較高強度5后再進行壓縮時效，即在使用溫度以上的某個溫度強制壓縮時效較長時間，一方面可以穩(wěn)定彈簧的組織，另一方面可以保證彈簧在使用溫度下具有較高的回彈力。所以，制造彈簧絲材時效后的強度和穩(wěn)定化處理之后的回彈力直接影響彈簧的性能，但這兩種性能都和制造彈簧所用絲材的冷拔變形量有關。Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼(例如1Crl5Ni27Ti3MolAl),可以在不高于600。C的溫度下工作。由該材料制成的彈簧可以用于冶金、機械、化工等耐熱部件上。該彈簧工作在高溫、高壓、腐蝕等惡劣條件下，并承擔著傳遞壓力，控制某些部件的開合，作用非常重要。而和彈簧性能直接相關的就是制造彈簧所用絲材的強度以及彈簧的回彈力。選擇本發(fā)明中的冷拔變形量可以提高制得彈簧的合格率，但是現(xiàn)有技術中對于與該成分最佳匹配的冷變形量卻沒有進行深入的研究。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的之一是提供一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧用冷拔鋼絲制備方法，采用1Crl5Ni27Ti3MolAl耐熱鋼與最佳冷變形量的結合，得到具有高強度和高塑性最佳配合的冷拔鋼絲。本發(fā)明的另一目的是提供一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧的制備方法，采用上述方法得到的彈簧的回彈力提高，從而提高制得彈簧的合格率。為了達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧用冷拔鋼絲的制備方法，包括以下步驟冶煉、鍛造、熱軋和冷變形，冷拔鋼絲的化學成分按重量百分比為C:0.025—0.085、Cr:14.0—16.0、Ni:25.0~28.0、Mo:1.0~1.6、Ti:2,6~3.2、Al:0.22-0.45、Si:0.28~0.44、Mn:0.24~0.45、S:《0.007、P:《0.010、B:0.0025—0.01、Ca:0.0013—0.03,其余為Fe和不可避免的雜質；冷變形步驟的變形量為10~40%。最佳變形量為20~25%。冷變形步驟包括2步或2步以上的冷拔工藝，冷拔工藝之間有軟化退火、酸洗和精整。所述軟化退火為在1050°C±l(TC，保溫2~3小時。該制備方法具有至少一組以下工藝參數(shù)冶煉步驟采用真空感應和真空自耗冶煉，得到的真空自耗錠為,0~240x1500-1800mm;鍛造步驟為采用2000t快鍛機對自耗錠開坯，加工成145~165mm方坯；熱軋步驟為將上述方坯軋成08~10mm直條，采用650和250軋機，開軋溫度^1060。C,停軋溫度^卯0。C,成品終軋溫度^950。C。一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧的制備方法，包括以下步驟冶煉、鍛造、熱軋、冷變形和加工成彈簧，彈簧的化學成分按重量百分比為C:0.025—0.085、Cr:14.0—16.0、Ni:25.0~28.0、Mo:1.0~1.6、Ti:2,6~3.2、Al:0.22—0.45、Si:0.28—0.44、Mn:0.24~0.45、S:《0.007、P:《0.010、B:0.0025—0,01、Ca:0.0013~0.03,其余為Fe和不可避免的雜質；冷變形步驟的變形量為10~40%;在加工成彈簧后進行時效處理和穩(wěn)定化處理。最佳變形量為20~25%。時效處理為在700°C±10°C,空冷5~5.5小時。穩(wěn)定化處理為在500°C±10°C，空冷20~30小時。彈簧具有至少以下性能之一時效后室溫力學性能為Rm:1170~1450MPa、Rp02:1150-1280MPa、A:3.5~8%、Z:30.0~47.5%、HV(u:362~475;穩(wěn)定化處理后的回彈力為24~103N。當變形量為20~25%時，穩(wěn)定化處理后的回彈力為59~103N。本發(fā)明的關4建在于采用1Crl5Ni27Ti3MolAl耐熱鋼與最佳冷變形量的結合，得到具有高強度和高塑性配合的冷拔鋼絲。冷拔后絲材的性能與絲材所承受的冷變形量直接相關。金屬或合金經(jīng)過冷變形后，材料內部晶粒發(fā)生滑移，位錯密度大幅度增加，逐漸出現(xiàn)位錯纏結，進而阻礙位錯在材料內部的移動，從而提高了材料的強度和硬度。同時，由于位錯纏結增多，位錯滑移更加困難，致塑性隨冷變形量的增加而下降。很明顯，冷變形量和材料的強度成正比變化，冷變形量越大，晶粒變形越激烈，位錯增殖越多，強度也越高，塑性越低，反之強度越低，塑性越高。而冷變形直接時效后的性能也有同樣規(guī)律，即，冷變形量越大，時效后的強度也越高，塑性越低。而且對于1Crl5M27Ti3MolAl鋼而言，冷變形后直4^時歲文會進一步才是高材料的強度，因為在時效過程中析出了細小彌散的析出物，強化了基體，而冷變形量的增加也會促進這種強化相的析出。但強度提高的同時塑性會下降，對于冷變形鋼絲存在一個最佳的冷變形區(qū)間，可以達到強度和塑性的最佳配合。由1Crl5Ni27Ti3MolAl冷拔絲材制得的彈簧經(jīng)過時效處理后還要經(jīng)過穩(wěn)定化處理，即在使用溫度以上再經(jīng)過較長時間的強制壓縮時效處理，其目的之一是使組織進一步穩(wěn)定，目的之二是保證彈簧在使用溫度上能有較高的回彈力。穩(wěn)定化處理后的性能除了和穩(wěn)定化處理工藝有關外，還和絲材的冷拔變形量密切相關。冷變形量過小(<10%)時，時效后強化相析出不充分，強度低，穩(wěn)定化處理后彈性性能差，回彈力不足；冷變形量過大(〉40%)時，加工硬化嚴重，時效過程中強化相會出現(xiàn)過時效，即發(fā)生強化相粗化現(xiàn)象，表現(xiàn)為強度上升，而塑性、韌性下降。經(jīng)過穩(wěn)定化處理之后同樣會引起回彈力的下降，影響彈簧的性能。因此，對于制造彈簧的冷拔絲材而言，存在一個最佳的冷變形量，即20~25%，可使得絲材的強度和塑性達到最佳匹配，使得彈簧的回彈力大大提高。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于對于Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧用冷拔鋼絲，通過1Crl5Ni27Ti3MolAl耐熱鋼的成分與最佳冷變形量的結合，使得冷拔鋼絲的強度和塑性達到最佳匹配。這樣，使得奧氏體耐熱鋼彈簧的回彈力提高，從而提高制得彈簧的合格率。具體實施例方式下面結合一個典型實施例對本發(fā)明作進一步說明。本實施例中，采用的1Crl5Ni27Ti3MolAl奧氏體耐熱鋼的具體成分如表1所示。具體的工藝流程為冷拔鋼絲的制備采用真空感應+真空自耗冶煉一爐1Crl5Ni27Ti3MolAl奧氏體耐熱鋼，真空自耗鑄錠規(guī)格為O240x1800mm。用2000t快鍛機對自耗錠開坯，加工成145mm方坯，再經(jīng)過650和250軋機軋成(D8mm直條，開軋溫度21060。C,停軋溫度^00。C,成品終軋溫度^950。C。直條經(jīng)過酸洗、表面清理，冷拔到$5.5mm，經(jīng)過1050。C軟化退火，再經(jīng)過酸洗、精整，分別冷拔到03.16mm、0>3.36mm、03.59mm、0>3.87mm,再經(jīng)過軟化退火，酸洗和精整，最后冷拔成(D3mm絲材，保證四種絲材冷變形量分別為10%、20%、30%和40%。對這些絲材進4亍時效處理，測試其時效處理后的強度和塑性。將上述冷拔鋼絲制成彈簧把不同冷變形量的絲材制成彈簧，首先在車床上安裝心軸，在心軸上固定金屬絲一端，用頂尖夾緊，把彈簧纏到心軸上，在心軸上固定另一端，對彈簧進行時效熱處理。然后對彈簧磨光、修邊。壓縮彈簧至穩(wěn)定化高度，進行穩(wěn)定化時效處理。經(jīng)過時效和穩(wěn)定化處理之后，測試其回彈力及回彈高度，綜合考慮時效處理后的強度和塑性以及穩(wěn)定化處理之后的回彈力，提出最佳的冷變形量。在本實施例中，1Crl5Ni27Ti3MolAl奧氏體耐熱鋼采用現(xiàn)有技術(冶煉、鍛造、熱軋、冷拔)制備試料、試樣，其中，表1為本實施例化學成分，表2為本發(fā)明實施例1化學成分經(jīng)過時效后的室溫力學性能，可以看出，冷便量過小，材料的強度降低，彈簧的安全性降低；冷變形量過大，塑性降低，彈簧的安全性同樣降低。表3為本發(fā)明實施例1化學成分制得的彈簧經(jīng)過穩(wěn)定化處理之后的回彈力及回彈高度，當冷變形量為20%時，制得的彈簧普遍具有最高的回彈高度和回彈力，彈簧能夠較好地發(fā)揮緊固件的功能，冷變形量為30%的次之。表1本發(fā)明實施例化學成分及對比合金成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表l中Rm為抗拉強度，Rpca為規(guī)定非比例延伸強度，A為斷后伸長率，Z為斷面收縮率，HV(u為維氏硬度值。表3本發(fā)明實施例1化學成分彈簧穩(wěn)定化處理之后的回彈力<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權利要求1、一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧用冷拔鋼絲的制備方法，包括以下步驟冶煉、鍛造、熱軋和冷變形，其特征在于冷拔鋼絲的化學成分按重量百分比為C0.025～0.085、Cr14.0～16.0、Ni25.0～28.0、Mo1.0～1.6、Ti2.6～3.2、Al0.22～0.45、Si0.28～0.44、Mn0.24～0.45、S≤0.007、P≤0.010、B0.0025～0.01、Ca0.0013～0.03，其余為Fe和不可避免的雜質；冷變形步驟的變形量為10～40％。2、按照權利要求1所述的冷拔鋼絲的制備方法，其特征在于變形量為20~25%。3、按照權利要求1所述的冷拔鋼絲的制備方法，其特征在于冷變形步驟包括2步或2步以上的冷拔工藝，冷拔工藝之間有軟化退火、酸洗和精整。4、按照權利要求3所述的冷拔鋼絲的制備方法，其特征在于所述軟化退火為在1050°C±10°C，保溫2~3小時。5、按照權利要求1所述的冷拔鋼絲的制備方法，其特征在于該方法具有至少一組以下工藝參數(shù)冶煉步驟采用真空感應和真空自耗冶煉，得到的真空自耗錠為麵0~240x1500~l,mm;鍛造步驟為采用2000t快鍛機對自耗錠開坯，加工成145~165mm方坯；熱軋步驟為將上述方坯軋成08~10mm直條，釆用650和250軋機，開軋溫度^1060。C，停軋溫度^900。C,成品終軋溫度^950。C。6、一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧的制備方法，包括以下步驟冶煉、鍛造、熱軋、冷變形和加工成彈簧，其特征在于彈簧的化學成分按重量百分比為C:0.025-0.085、Cr:14.0~16.0、Ni:25.0—28.0、Mo:1.0—1.6、Ti:2.6~3.2、Al:0.22~0.45、Si:0.28—0.44、Mn:0.24~0.45、S:《0.007、P:<0.010、B:0.0025—0.01、Ca:0.0013-0.03,其余為Fe和不可避免的雜質；冷變形步驟的變形量為10~40%;在加工成彈簧后進行時效處理和穩(wěn)定化處理。7、按照權利要求6所述的彈簧的制備方法，其特征在于變形量為20~25%。8、按照權利要求6所述的彈簧的制備方法，其特征在于時效處理為在700°C±10°C，空冷55.5小時。9、按照權利要求6所述的彈簧的制備方法，其特征在于穩(wěn)定化處理為在500°C±10°C,空冷2030小時。10、按照權利要求6所述的彈簧的制備方法，其特征在于彈簧具有至少以下性能之一時效后室溫力學性能為Rm:1170~1450MPa、Rp。.2:1150-1280MPa、A:3.5~8%、Z:30.0~47.5%、HV01:362~475;穩(wěn)定化處理后的回彈力為24~103N。11、按照權利要求7所述的彈簧的制備方法，其特征在于當變形量為20~25%時，穩(wěn)定化處理后的回彈力為59~103N。全文摘要本發(fā)明涉及一種Cr-Ni系奧氏體耐熱鋼彈簧及其冷拔鋼絲的制備方法，該冷拔鋼絲的制備方法包括以下步驟冶煉、鍛造、熱軋和冷變形，其中冷拔鋼絲的化學成分按重量百分比為C0.025～0.085、Cr14.0～16.0、Ni25.0～28.0、Mo1.0～1.6、Ti2.6～3.2、Al0.22～0.45、Si0.28～0.44、Mn0.24～0.45、S≤0.007、P≤0.010、B0.0025～0.01、Ca0.0013～0.03，其余為Fe和不可避免的雜質；冷變形步驟的變形量為10～40％，最佳冷變形量為20％～25％，這樣可使鋼絲的強度和塑性具有最佳配合。采用上述鋼絲制備的耐熱鋼彈簧，其回彈力大大提高，從而可提高制得彈簧的合格率。文檔編號B21C37/04GK101642782SQ20091008928公開日2010年2月10日申請日期2009年7月15日優(yōu)先權日2009年7月15日發(fā)明者劉正東,密李,鋼楊,林肇杰,王立民,程世長申請人:鋼鐵研究總院