一种异型轧制钢丝的退火工艺的制作方法

1.本发明涉及一种热处理技术领域，具体是一种异型轧制钢丝的退火工艺。


背景技术：

2.30年前，日本、美国的车企（丰田、福特等），相继采用钢材质油环替代铸铁环，减小了油环与缸体的摩擦力，降低了污染物的排放以及铸铁环电镀过程的环境污染。目前，高质量活塞环，尤其是油环（也称活塞环第三环）的市场供不应求。遗憾的是，生产油环所需的异形钢丝热处理工艺不过关，导致其尺寸精度不够、残余应力过大等问题，无法生产高品质油环（如日本特线）。当前，开发出合适的异形钢丝热处理工艺及设备已经迫在眉睫。
3.异型钢丝的原材料是我国自主研发的高碳高铬的6cr13mo马氏体不锈钢，由cr13发展而来。但是，其热处理制度并不能完全适用于油环用异型钢丝。原因有：1）与cr13系相比，添加了mo元素；2）轧制型材的最小加工余量为0.7mm，就必须控制其热处理时的变形量，否则无法机械加工；3）轧制型材较小尺寸晶粒在高温下易长大，进而降低力学性能；4）现有的高温加热设备多是井式炉或箱式炉，易出现加热不均导致的局部变形量过大，6cr13mo多用于轴承、弹簧钢和医疗手术刀等，还没有对应的国外牌号。与德国的x65cr13与其接近，但碳含量偏高也不含mo。于是，国外的热处理工艺也只是参考。
4.鉴于6cr13mo异型钢丝（最薄处为0.3mm、最厚为2.5mm）是由直径3.5mm的钢丝经轧制而来。经知网和专利检索，小尺寸（有效厚度小于5mm）的6cr13mo异型钢丝的热处理工艺，仍未见报道。其原因是：对于油环异型钢丝用的原材料小直径6cr13mo钢丝，由于试验初期用量较少，很多大型钢企不愿生产，而小钢厂生产出的钢丝又不稳定，致使研发进展较慢，随着国家对环境保护的重视和车辆排放“国vi”标准的实施，由于铸铁活塞环的电镀会造成严重的污染，钢质活塞环取代铸铁活塞环是发动机活塞环发展的必然趋势。热处理过程更倾向于环保、节能和高效。对国内的6cr13mo而言，当务之急是确定热处理工艺参数，并建立钢质油环异形钢丝的高温连续热处理设备，推进高品质油环的发展，填补国内在该方向的空白。
5.目前，活塞环型材在轧制过程中，需要多道次才能完成型材的成型。但是，在轧制道次间，需要退火，降低硬度、减小残余应力，保证后续道次的顺利轧制。在实践中，发现现有退火工艺参数处理后，型材表面仍有较硬的氧化皮等缺陷，严重制约了连续轧制。目前方法是，对有缺陷的部位进行人工打磨，在打磨后的样品处理过程中，又发现局部不均匀，导致最终型材的尺寸达不到精度。经分析，初步原因是第一道次轧制后的型材在润滑油、加热状态下产生了较硬的氧化物，这些氧化物紧密的与基体结合，致使后续轧制成型很难顺利完成。轧制道次间的退火是制备高质量6cr13mo异型钢丝的必要条件。按照目前的退火工艺，发现最终的板材的成形性较好，但是硬度偏高，难以打孔以及机械加工。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种异型轧制钢丝的退火工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种异型轧制钢丝的退火工艺，包括如下步骤：装炉：待处理型材经机械设备导入清洗装置；碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值，轧制后的型材，通过装有碱液的槽中，在30
‑
45
°
c下，经1
‑
3分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用稀盐酸清洗2
‑
5分钟；干燥：上述处理后的型材，经超声波震动下、无水乙醇酒精溶液清洗30
‑
60秒，然后立即烘干或冷风吹干；加热退火：再将型材放入通有氨气的退火炉中加热到450
‑
560
°
c进行退火；冷却：退火后的型材随炉冷却到20
‑
40
°
c，取出获得表明干净且呈银亮色的型材。
8.作为本发明进一步的方案：所述酸溶液清洗步骤中的稀盐酸浓度为3%
‑
5%之间。
9.作为本发明再进一步的方案：所述退火炉的气氛为氨气，起始温度为20
‑
25
°
c，先升温到400
‑
500
°
c，再以4
‑6°
c/分钟的升温速率将温度升到450
‑
560
°
c，其中温度误差控制在
±1°
c。
10.作为本发明再进一步的方案：所述加热退火的退火时间为10
‑
30分钟。
11.作为本发明再进一步的方案：所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾的混合液。
12.作为本发明再进一步的方案：所述碱液ph值为9
‑
11.6。
13.作为本发明再进一步的方案：所述由20
‑
25
°
c升温到400
‑
500
°
c的升温速率为30
‑
45
°
c/分钟。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明克服现有技术工艺的缺陷，该工艺
能够提高型材的退火质量，细化组织、均匀成粉和组织等，稳定退火，表面光洁，硬度稳定可以适用于连续生产，同时该工艺也可应用于改善原料的不合格组织，与原来手工打磨工艺相比，该方法可以实现在线运行，提高了生产效率和稳定性。
附图说明
15.图1为轧制后型材。
16.图2为实施例3获得退火后的型材。
具体实施方式
17.下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
18.本发明实施例中，为本发明实施例提供的一种异型钢丝轧制过程的退火工艺的，包括如下步骤：装炉、碱溶液清洗、酸溶液清洗、干燥、加热退火和冷却，其具体步骤如下：装炉：轧制后的型材经机械设备导入退火设备，速度以轧制速度为准；碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值，轧制后的型材，通过装有碱液的槽中，在30
‑
45
°
c下，经1
‑
3分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用稀盐酸清洗2
‑
5分钟；干燥：上述处理后的型材，经超声波震动下、无水乙醇溶液清洗30
‑
60秒，然后立即烘干或使用冷风吹干；加热退火：再将型材放入通有氨气的退火炉中加热到450
‑
560
°
c进行退火；冷却：退火后的型材随炉冷却到20
‑
40
°
c，取出获得表面干净的型材。
19.所述酸溶液清洗步骤中的稀盐酸浓度（质量百分比）为3%
‑
5%之间。
20.所述退火炉的气氛为氨气，起始温度为20
‑
25
°
c，先升温到400
‑
500
°
c，再以4
‑6°
c/分钟的升温速率将温度升到450
‑
550
°
c，其中温度误差控制在
±1°
c。
21.所述加热退火的退火时间为10
‑
30分钟。
22.所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾的混合液。
23.所述碱液ph值在9
‑
11.6。
24.所述氨气的流速为120
‑
280毫升/分钟所述由20
‑
25
°
c升温到400
‑
500
°
c的升温速率为30
‑
45
°
c/分钟。
25.实施例1：装炉：轧制后截面积为6平方毫米的型材，经机械设备导入清洗装置；碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值至11.6，轧制后的型材导入装有碱液的槽中，在45
°
c下，经1分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用浓度为5%的稀盐酸清洗2分钟；干燥：上述处理后的型材在无水乙醇溶液（99%）中，超声波清洗30秒，然后立即冷风吹干；加热退火：再将型材放入通有氨气流速为120ml/分钟的退火炉中，退火炉的起始温度为25
°
c，先以30
°
c/分钟的升温速率升温到400
°
c，再以4
°
c/分钟的升温速率升温到
450
°
c，退火时间为30分钟；其中温度误差控制在
±1°
c。
26.冷却：退火后的型材随炉冷却到40
°
c，取出获得表面干净呈灰亮色的型材。
27.实施例2：装炉：轧制后截面积为6平方毫米的型材，经机械设备导入清洗装置；碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值至9.0，轧制后的型材导入装有碱液的槽中，在30
°
c下，经3分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用浓度为3%的稀盐酸清洗5分钟；烘干：上述处理后的型材在无水乙醇溶液（99%）中，超声波清洗60秒，然后立即烘干；加热退火：再将型材放入通有氨气流速为280ml/分钟的退火炉中，退火炉的起始温度为20
°
c，先以45
°
c/分钟的升温速率升温到450
°
c，再以6
°
c/分钟的升温速率升温到560
°
c，退火时间为10分钟；其中温度误差控制在
±1°
c。
28.冷却：退火后的型材随炉冷却到20
°
c，取出获得表面干净呈灰亮色的型材。
29.实施例3：装炉：轧制后截面积为6平方毫米的型材，经机械设备导入清洗装置；碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值至10.2，轧制后的型材导入装有碱液的槽中，在35
°
c下，经4分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用浓度为4%的稀盐酸清洗4分钟；干燥：上述处理后的型材在无水乙醇溶液（99%）中，超声波清洗45秒，然后立即冷风吹干；加热退火：再将型材放入通有氨气流速为200ml/分钟的退火炉中，退火炉的起始温度为22
°
c，先以40
°
c/分钟的升温速率升温到440
°
c，再以5
°
c/分钟的升温速率升温到540
°
c，退火时间为15分钟；其中温度误差控制在
±1°
c。
30.冷却：退火后的型材随炉冷却到25
°
c，取出获得表面干净呈银亮色的型材。
31.对比例1：装炉：轧制后截面积为6平方毫米的型材，经机械设备导入清洗装置；碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值至10.2，轧制后的型材导入装有碱液的槽中，在35
°
c下，经4分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用浓度为4%的稀盐酸清洗4分钟；干燥：上述处理后的型材在无水乙醇溶液（99%）中，超声波清洗45秒，然后立即冷风吹干；加热退火：再将型材放入大气气氛下的退火炉中，退火炉的起始温度为22
°
c，先以40
°
c/分钟的升温速率升温到440
°
c，再以5
°
c/分钟的升温速率升温到540
°
c，退火时间为15分钟；其中温度误差控制在
±1°
c。
32.冷却：退火后的型材随炉冷却到25
°
c，取出获得表面干净呈灰黑色的型材。
33.对比例2：装炉：轧制后截面积为6平方毫米的型材，经机械设备导入清洗装置；
碱溶液清洗：调配碱溶液及其ph数值至10.2，轧制后的型材导入装有碱液的槽中，在35
°
c下，经4分钟浸泡；酸溶液清洗：碱溶液洗后的型材，再用浓度为4%的稀盐酸清洗4分钟；干燥：上述处理后的型材在无水乙醇溶液（99%）中，超声波清洗45秒，然后立即冷风吹干；加热退火：再将型材放入通有高纯氩气（99.99%）且其流速为200ml/分钟的退火炉中，退火炉的起始温度为22
°
c，先以40
°
c/分钟的升温速率升温到440
°
c，再以5
°
c/分钟的升温速率升温到540
°
c，退火时间为15分钟；其中温度误差控制在
±1°
c。
34.冷却：退火后的型材随炉冷却到25
°
c，取出获得表面干净呈灰亮色的型材。
35.对本发明实施例制得的型材进行了室温下的显微硬度测试、表面粗糙度评价和颜色观察。根据gb/t230.1—2018《金属洛氏硬度试验》测试了退火后的型材的洛氏硬度，根据gb/t1031
‑
2009《产品几何技术规范(gps)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》评价了退火后的表面粗糙度，以及退火后型材的颜色变化。对本发明的实施例1
‑
3、对比例1
‑
2进行了上述指标测试，结果如表1所示，其中洛氏硬度载荷采用9.8n。
36.表1对上述试验样品的测试及观察结果1. 洛氏硬度/（n/mm2）表面粗糙度/ra表面颜色实施例1321.8灰亮实施例2281.7灰亮实施例3301.6银亮对比例1302.0灰黑对比例2301.8灰亮综上所述：本发明提供一种异形轧制钢丝的的退火工艺，减少/克服现有技术工艺的缺陷，该工艺能够提高型材在轧制道次间的退火质量，细化组织、均匀成粉和组织等，稳定退火，表面光洁，硬度稳定可以适用于连续生产，同时该工艺也可应用于改善原料的不合格组织。
37.本发明具体适用于6cr13mov异形钢丝。
38.上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。