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行脫氣，利用氬氣保護模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進一步提高產(chǎn)品的質量；本發(fā)明所設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

【技術領域】
[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】
[0002]目前閥門的運用在很多領域起到關鍵的作用，由于鋼拉桿的使用環(huán)境受到其材質的影響，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厚度的構造限制而產(chǎn)生裂縫，造成工程質量隱患。
[0003]現(xiàn)有技術中，鋼材原料成分中碳和氮元素的原子活性較低，各原子形成的氣團不能與位錯形成強烈的相互作用，外界無需提供較大的應力就能開動位錯，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)明內容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的缺點，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]為了解決上述技術問題，本發(fā)明設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: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 ；技術效果:本發(fā)明以鉻鎳鑰合金結構鋼為坯料，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性能以及可選用鋼件淬火應力小的淬火劑，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力才能開動位錯。
[0006]本發(fā)明的限定技術方案為:
進一步的，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: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: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，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學成份達到組分要求，用真空脫氣爐進行脫氣，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，保證了冶煉的質量，并且在真空脫氣爐進行脫氣，用氬氣保護模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進一步提高產(chǎn)品的質量，將鍛造好的毛坯進行兩次熱處理，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，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到620-640°C后通過第一冷卻工藝冷卻到常溫；
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冷卻至室溫，然后回熱至1150°C并進行二次熱軋，二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對其進行水冷/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行調質熱處理的過程中，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裂，同時也獲得均勻細小淬火，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一步充分溶解，均勻擴散，避免了碳化物在晶間的析出造成晶間腐蝕和點蝕超標，保證了材料的鐵素體含量在35%左右，可以進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和硬度超標，鞏固了前面冶煉后熱處理工藝產(chǎn)生的技術效果。

【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: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，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學成份達到組分要求，用真空脫氣爐進行脫氣，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，保證了冶煉的質量，并且在真空脫氣爐進行脫氣，用氬氣保護模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進一步提高產(chǎn)品的質量，將鍛造好的毛坯進行兩次熱處理，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，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到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，然后回熱至1150°C并進行二次熱軋，二次熱軋完成溫度為850 0C，二次熱軋后對其進行水冷/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: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，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學成份達到組分要求，用真空脫氣爐進行脫氣，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，保證了冶煉的質量，并且在真空脫氣爐進行脫氣，用氬氣保護模鑄，避免了產(chǎn)品中產(chǎn)生氣孔，進一步提高產(chǎn)品的質量，將鍛造好的毛坯進行兩次熱處理，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，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到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，然后回熱至1150°C并進行二次熱軋，二次熱軋完成溫度為8500C，二次熱軋后對其進行水冷/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，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
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: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: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: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，時間在2_3h，全程吹氮氣攪拌，使化學成份達到組分要求，用真空脫氣爐進行脫氣，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，然后在淬火裝置內用水或淬火液進行淬火，然后在回火加熱爐內加熱到620-640°C后通過第一冷卻工藝冷卻到常溫； 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冷卻至室溫，然后回熱至1150°C并進行二次熱軋，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有限公司