不锈钢系列知识不锈钢丝生产的工艺技术及应用技巧Word下载.docx

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12,由此看出消费水平尚有一定差距。

相对于其他品种,不锈钢丝属于投资少,见效快的产业。

近年来国内不锈钢丝生产企业如雨后春笋般的发展起来,尽管如此生产增长仍赶不上消费的增长,每年不锈钢丝的进口量一直维持在2万吨左右。

发展不锈钢丝生产,提高不锈钢丝产品质量水平是制品行业面临的一项重要而迫切的任务。

1.不锈钢的特性、用途及品种不锈钢是指一些在空气、水、酸性溶液及其它腐蚀介质中具有较高化学稳定性,在高温下具有抗氧化性的钢。

不锈钢的耐腐蚀性能和抗氧化性与其化学成分密切相关。

、化学成分对不锈钢的组织和性能的影响1.1.1铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素为什么铬能决定不锈钢的耐腐蚀性能是不是含铬的钢都是不锈钢回答这个问题必须从金属腐蚀说起。

金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

在高温下金属直接与空气中的氧反应,生成氧化物,是一种化学腐蚀。

在常温下这种腐蚀进行得很缓慢,金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。

电化学腐蚀的本质是金属在介质中离子化。

以铁为例,电化学腐蚀过程可表示为:

Fe-e=Fe+一种金属耐电化学腐蚀的能力,决定于本身的电极电位。

电极电位越负,越易失去电子,发生离子化。

电极电位越正,越不易失去电子,不易离子化。

常见金属的标准电极电位如表1-1。

表1-1常见金属的标准电极电位金属AlTiMnZnCrFeCoNiPbCuAgAu电位+铬提高钢耐腐蚀性能的第一个原因是铬使铁-铬合金钢的电极电位提高。

当铬含量达到1/8、2/8、3/8原子比时,铁-铬合金钢的电极电位呈跳跃式的提高,这种变化规律叫n/8定律,如图1-1所示。

当铁-铬固溶体中铬的原子含量达到%(1/8)第一个突变值时,基体在FeSO4溶液中的电极电位由跳增至+,通常把%的原子含量作为不锈钢的最低含铬量,换算成重量百分比则为:

%(铬原子量/铁原子量)=%52/=%含铬低于%的钢,一般不叫不锈钢。

铬提高钢的耐蚀性能的第二个原因是铁-铬合金钢在氧化性介质中极易形成一层致密的钝化膜(),这层钝化膜稳定、完整,与基体金属结合牢固,将基体与介质完全隔开,从而有效地防止钢进一步氧化或腐蚀。

但在还原性介质中,这层膜有破裂的倾向。

一般说来,不锈钢的耐蚀性能和抗氧化性能是随铬含量的增加而增加的。

从表1-2可以看出,铁-铬合金钢在海洋大气中的腐蚀随铬含量的增加而减少。

图1-2显示铁-铬合金钢在1000时,氧化失重与铬含量的关系。

表1-2铁-铬合金钢在海洋大气中腐蚀率与铬含量关系铬含量,%12357912失重mg/1.1.2碳的双重作用碳是不锈钢中仅次于铬的第二号常用元素,不锈钢的组织和性能在很大程度上取决于碳含量及其分布状态。

碳是稳定奥氏体元素,它对奥氏体的稳定作用很强烈,约为镍的30倍。

图1-3显示碳对不锈钢奥氏体区的影响。

在高温下处于或+相区的铬钢是不能或很难通过淬火得到马氏体组织的。

以含铬13%的钢为例,碳含量小于%时为铁素体钢,碳含量%时为半马氏钢,碳含量大于%时为马氏体钢。

碳能显著提高不锈钢的强度,从2Cr13、3Cr13、4Cr13到9Cr18,钢的强度随碳含量增加逐级提高。

在奥氏体钢中碳也是最有效的固溶强化元素。

表1-3显示奥氏体钢抗拉强度和屈服强度随碳含量增加而上升。

表1-3碳对18-8型不锈钢强度的影响碳含量,%屈服强度,N/mm2抗拉强度b,N/mm2176589250627304706333745358797不锈钢奥氏体化时碳的最大溶解度为%,在冷却过程中碳的溶解度减少,不断析出,由于碳和铬的亲和力很大,它能与铬形成一系列复杂的碳化物,碳化物的类型因钢中铬含量的不同而异。

含铬小于10%的钢,主要为渗碳体型碳化物()3C,高铬钢中的碳化物为复杂碳化物Cr7C3和Cr23C6。

碳化物中的铬可以被置换,以()7C3和()23C6的的形式存在。

不锈钢中的碳化物主要以()23C6形式存在。

碳与铬形成碳化物时要占用不锈钢中的一部分铬,以Cr23C6为例计算:

Cr23C6:

(铬原子量23)/(碳原子量6)=(5223)/(126)17不锈钢中的碳要与17倍的铬结合,生成碳化物,固溶体中的铬含量必然要减少,钢的耐腐蚀性能就要降低。

如果形成碳化物后固溶体中的铬含量低于%,就不能称其为不锈钢,模具钢Cr12和Cr12MoV就是一例。

0Cr134Cr13五个牌号标准中规定含铬量为%,就是考虑到碳要与铬形成碳化物确定的。

因为碳对耐腐蚀性能有不利的影响,奥氏体和铁素体钢很少采用碳来强化,其含碳量多在%以下。

马氏体钢的含碳量大多在%范围内。

1.1.3镍是稳定奥氏体元素镍是不锈钢中第三号常用元素,它在钢中起扩大奥氏体区、稳定奥氏体组织的作用。

铬不锈钢中加入一定量的镍后,组织和性能都发生明显变化。

如1Cr17为铁素体钢,热处理后抗拉强度在500N/mm2左右,加入%的镍,变为1Cr17Ni2马氏体钢,淬火后抗拉强度达1100N/mm2以上。

图1-4显示了含碳%的钢,在不同铬含量下得到稳定奥氏体组织所需的镍含量。

当铬为18%时,只需要8%的镍,常温下就能得到奥氏体组织,这就是18-8型不锈钢的来由。

镍能显著地提高铬钢的耐腐蚀性能和高温抗氧化性能,铬-镍奥氏体钢比铬含量相同的铁素体和马氏体钢有更好的耐腐蚀性能。

铬含量在20%以下时,钢的抗氧化性能随镍量的增加不断改善。

对于高铬钢,最佳镍含量在10%20%之间,Cr20Ni10和Cr25Ni20就是两个典型的耐热钢。

镍能有效地降低铁素体钢的脆性,改善其焊接性能,但对抗应力腐蚀性能有不利的影响,对于奥氏体钢,镍能降低钢的冷加工硬化趋势,改善冷加工性能,使钢在常温和低温下均具有很高塑性和韧性。

1.1.4锰和氮可以代替镍锰是奥氏体形成元素,它能抑制奥氏体的分解,使高温形成的奥氏体组织保持到室温。

锰稳定奥氏体的作用为镍的二分之一,2%的锰可以代替1%的镍。

铬-锰钢要在常温下得到完全奥氏体组织,与钢中的碳和铬含量密切相关,当碳低于%、铬大于14%15%时,不论向钢中加入多少锰都不能得到纯奥氏体组织。

要得到奥氏体组织必须增加碳含量或降低铬含量,这两种作法都会降低钢的耐蚀性能,所以锰不能代替全部镍。

含锰钢具有冷加工强化效应显著,耐磨性高的优点。

缺点是对晶间腐蚀很敏感,并且不能通过加钛和铌来消除晶间腐蚀。

氮也是稳定奥氏体元素,氮与锰结合能取代比较贵的镍。

氮稳定奥氏体的作用比镍大,与碳相当。

氮代镍的比例约为1,一般认为氮可取代%的镍。

在奥氏体中氮也是最有效的固溶强化元素之一。

氮与铬的亲和力要比碳与铬的亲和力小,奥氏体钢很少见到Cr2N的析出。

因此氮能在不降低耐蚀性能的基础上,提高不锈钢强度,研制含氮不锈钢是近年来不锈钢工业的趋势。

氮在钢中的溶解度有限(9010一般不锈钢丝日共荣社SP-100白-淡黄色50150909510不锈弹簧丝注:

涂层后钢丝自然风干或120130烘烤10分钟2.1.3.4去涂层及中和国为涂层中含有氯离子,拉拔后钢丝如直接热处理,氯离子会造成钢丝表面点腐蚀,所以热处理前要去除钢丝表面残留润滑膜(即去涂层)。

残留润滑膜呈碱性,只要将钢丝置于酸液中漂洗一下,然后用高压水冲洗就可以去除。

去涂层后的钢丝需用消石灰(Ca(OH)2)的饱和溶液中和处理,中和液通常保持沸腾状态,钢丝出槽后利用自身热量即可烘干。

2.1.4拉丝经固溶处理的奥氏体不锈钢丝塑性良好,但变形抗力大,加工硬化效应强,拉拔时要有良好的润滑剂和适宜的模具。

拉拔大尺寸(直径大于)不锈钢丝一般选用YG8硬质合金模,模孔工作锥度为14左右;

小尺寸(直径)钢丝选用YG6硬质合金模,模孔工作锥角度为12左右。

使用硬质合金模拉拔时,采用干式润滑剂。

一般认为选用含有极压添加剂,软化点较高的脂肪酸皂较为适宜。

直径以下的不锈钢丝多采用聚晶金刚石模,在油性液体润滑剂(酸化蓖麻油、纺织助剂等)中拉拔。

直径小于的细丝大都采用天然金刚石模,配以肥皂水拉拔。

近年来不锈钢干式拉丝普遍采用压力模技术,即在压力模盒内同时装有两个模具,第一个模具(压力模)孔径稍大于钢丝直径,第二个模具为正常拉丝模,如图2-1。

压力模起两种作用:

1、为钢丝定位,保证钢丝沿中心线进入拉丝模,均匀变形。

2、阻止润滑剂回流,在拉丝模前形成高压区,加大润滑剂粘附厚度,有利于多次拉拔。

根据加拿大的使用经验,压力模孔径比钢丝(盘条)直径大一个固定值(K),使用效果最好,见表2-9和表2-10。

表2-9钢丝拉拔压力模尺寸选择表钢丝直径mmK值mm注:

压力模孔径=钢丝直径+K表2-10盘条拉拔压力模尺寸选择表钢丝直径mmK值mm注:

压力模孔径=钢丝直径+K油拉是近年常用的另一项新技术,干粉润滑剂拉出的不锈钢丝,在去除表面残余润滑膜后表面无光泽,称为半雾面状态。

如经酸漂洗或打毛处理,彻底消除表面光泽后,则称为雾面状态。

有的用户要求交货钢丝保持良好的金属光泽,称为光亮状态。

光亮状态钢丝根据光洁度要求不同,必须在拉拔过程中预留12个道次,采用油性液体润滑剂拉拔。

由于油性润滑剂的润滑效果远不如干粉润滑剂,油性拉拔的减面率一般控制在15%以下,拉拔速度限制在150m/min以下。

马氏体钢丝可选用硬质合金模配合油性润滑剂拉拔。

奥氏体和铁素体不锈钢丝最好选用聚晶钻石模与油性润滑剂配合拉拔。

与碳素弹簧钢丝相比,不锈钢丝拉拔的特点是总减面率较小,道次减面率较大。

因为不锈钢丝时效温度较高,对模具和卷筒的冷却要求没有弹簧钢丝那样严格,甚至可以认为卷筒温度升高有利于不锈钢丝的拉拔。

保证表面涂层干燥,完整是不锈钢丝顺利拉拔的先决条件。

一旦发现涂层返潮或局部脱落,应重新涂层后拉拔。

拉拔过程中发现润滑不良也应重新涂层,否则钢丝极易与模孔粘粘,造成表面划伤。

铁素体钢丝和1-4Cr13马氏体钢丝的拉拔工艺与奥氏体钢相同,但要注意控制道次减面率不宜过大。

拉拔后的钢丝应及时热处理,避免发生应力裂纹。

冷拉和软态交货的钢丝典型拉拔工艺如表2-11,轻拉状态交货的钢丝拉拔工艺如表2-12。

超低碳不锈钢丝的屈服极限相对比较低,冷加工硬化效应也比较弱,因而在保证成品性能符合标准条件下,可以使用较大的减面率拉拔。

但其道次减面率应该比一般不锈钢丝小,否则很容易拉断。

表2-11冷拉状态成品钢丝拉拔工艺成品直径允许偏差成前直径总减面率拉拔道次拉拔程序mmmmmm%次mm222222表2-12轻拉状态成品钢丝拉拔工艺成品直径允许偏差成前直径总减面率拉拔道次拉拔程序mmmmmm%次mm111111不锈冷顶锻钢丝生产技术近年来随着我国现代化进程的加快,不锈钢标准件的需求量急剧增加,在家用电器、室内装璜、精密仪器行业不锈钢标准件几乎全部取代了碳钢镀铬或镀锌标准件。

在食品、交通、机械、建筑等行业不锈钢标准件的需求也在稳步、持续上升。

不锈标准件需求急剧增加带动了不锈冷顶锻钢丝的技术进步,十年前我国不锈冷顶锻钢丝常用牌号为ML1Cr18Ni9Ti、ML1Cr17Ni2、ML1Cr13和ML1Cr17,与国际通用钢号脱节。

为此,冶金行业先后制定和修订了两版国家标准GB4232-84和GB/T4232-93冷顶锻用不锈钢丝,推动冷顶锻用不锈钢丝的技术进步,但收效甚微。

直到九十年代中期,随着标准件行业产品结构的变化,在江浙、广东、河北一带涌现出一批外资和私营拉丝和标准件生产企业,从根本上改变了我国冷顶锻钢丝生产和使用与世界脱轨的格局。

可以说,目前我国不锈冷顶锻钢丝的生产和使用技术已与世界先进水平相当。

2.2.1不锈钢标准件的分类和表示方法按GB/不锈钢螺栓、螺钉和螺柱规定,不锈钢标准件按材质分为A(奥氏体钢)、C(马氏体钢)和F(铁素体钢)三类。

标准件用组别和性能等级两部分标记,中间用短划隔开。

第一部分表示钢的组别,由字母和数字组成,字母表示钢的类别,数字表示钢的化学成分范围,见图22。

第二部分表示性能等级,由两位数字组成,数字表示标准件抗拉强度的1/10。

如A4-70螺栓,表示用316(0Cr17Ni12Mo2)制造的抗拉强度大于700Mpa的不锈钢螺栓。

C3-80表示用431(2Cr16Ni2)制造的抗拉强度大于800Mpa的螺栓。

钢的类别钢的组别A1A2*A3A4*A5C1C4C3F1性能等级50708050701105070804560软冷加工高强度软淬火并软淬火并淬火并软冷加工回火回火回火注:

*含碳量低于%的低碳不锈钢,可增加标记“L”,如A4L80。

图22不锈钢螺栓、螺钉和螺柱组别和性能等级的标记A类钢(奥氏体钢)包含A1A5五个组别。

A类钢无法通过热处理强化,制作70级螺栓需经冷作做硬化处理。

A1组钢是为机械加工专门设计的易切削钢,钢中含硫量较高、耐蚀性稍低于同类钢。

常用牌号有303、303Se。

A2组钢为通用不锈钢,常用牌号有302HQ、304系列、305和384等。

A3组钢为稳定化型钢,常用牌号321和347。

A4组钢是具有良好抗氯离子腐蚀性能的CrNiMo系列不锈钢,通常用于石油化工、造船、食品等行业,常用牌号有316和317。

A5组钢为稳定化型耐酸钢,使用范围与A4相同,常用牌号有0Cr18Ni12Mo2Ti和0Cr18Ni12Mo2Nb。

C类钢(马氏体钢)包含C1、C3和C4三个组别,制作70级螺栓需经淬火回火处理。

C1组钢是Cr12系列钢,耐蚀性能有限,用于制作涡轮机及水泵的紧固件,常用牌号403(1Cr12)和409(0Cr11Ti)C3组钢是CrNi系列钢,耐蚀性能优于C1组钢,常用牌号有431和414(1CR1Ni2)。

C4组钢是Cr13系列钢,耐蚀性能介于C1和C3组钢之间,常用牌号410(1Cr13)和420(2Cr13)。

F类钢(铁素体钢)包含F1和FA二个组别,目前标准只列出F1组,F类钢无法通过热处理强化,制作60级螺栓需经冷作做硬化处理。

F1组钢具有良好的耐蚀性能和成型性能,但强度偏低。

常用牌号有429、430和434。

FA组钢为铁素体奥氏体双相钢,此类钢铬钼含量较高,具有良好的抗应力腐蚀和缝隙腐蚀性能,可减少氯离子应力腐蚀造成螺栓失效的风险,典型牌号有00Cr22Ni5Mo3。

2.2.2不锈冷顶锻钢钢号和特性不锈冷顶锻钢丝应该既具备不锈钢的耐蚀性能又具备冷顶锻用钢的高塑性和低的冷加工强化系数。

常用不锈冷顶锻钢丝的冷顶锻性能和耐蚀性能比较如表2-13。

表2-13不锈冷顶锻钢的冷顶锻性能和耐蚀性能牌号冷镦性能耐蚀性钢号冷镦性能耐蚀性430(0Cr17)16304HC(0Cr18Ni9Cu2)3-43429(0Cr15)16316L(00Cr17Ni14Mo2)3-41434(0Cr17Mo)24316(0Cr17Ni12Mo2)42410(1Cr13)37304L(00Cr19Ni10)42-3431(2Cr16Ni2)55304M(0Cr18Ni9)4-53384(0Cr16Ni18)23304(0Cr18Ni9)53305(0Cr18Ni12)2-31321(0Cr18Ni10Ti)52-3302HQ(0Cr18Ni9Cu3)34注:

1号性能最好,随号数增大性能下降。

429、430和434是铁素体类钢,为降低钢的变形抗力,一般将碳含量控制在%以下,该类钢冷加工强化率低,冷顶锻性能极佳,可以制成形状复杂的、带有较深沟槽的标准件,标准件在空气中有良好的耐腐蚀性能,在沿海或含有氯离子气氛中434具有更好的抗点腐蚀性能。

410和431是马氏体钢,主要用于制造高强度螺栓。

410螺栓成形后需进行淬回火处理,碳含量过低淬不上火,抗拉强度达不到标准要求。

431钢处于两相区,成分微小波动会带来铁素体相的急剧变化。

如铁素体相含量超过20%,钢材热加工时易出现两相交界处的撕裂,成品淬回火后断面收缩和冲击值偏低。

为控制铁素体含量,需适当增大稳定奥氏体元素C,Ni的含量,如表2-14。

但稳定奥氏体元素过高,成品淬回火后残余奥氏体量增加,最终导致标准件组织中含有马氏体、抗拉强度偏高,冲击韧性下降。

表2-14冷顶锻钢丝化学成分实际控制线牌号化学成分,%CSiMnPSCrNiMoCuNTi429430434410431302HQ304304HC304M316304L305316L321384300系列(Cr-Ni)不锈钢具有非常好的耐蚀性能,但该类钢变形抗力大,冷加工强化快,不利于冷顶锻成形。

为改善冷顶锻性能,主要措施有:

减少钢中碳含量,降低钢的变形抗力,如304L和316L。

增加钢中Ni含量,提高奥氏体稳定性,防止或减少冷顶锻时产生形变马氏体,减缓冷加工强化速度,如305、384、304M(M表示中等硬化率)。

在钢中加Cu,加Cu可降低钢的变形抗力,减缓冷加工强化速度,极大地改善钢的冷顶锻和深冲性能,见图2-3。

加Cu还可以提高钢耐硫酸腐蚀性能。

最新研究成果表明,不锈钢中加入适量Cu可使钢具有抗菌功能。

如304HC(HC表示高铜)和302HQ(HQ表示冷顶锻)。

粗化晶粒,与10级以上细晶粒钢相比,粗晶粒钢丝抗拉强度、屈服强度稍低,伸长率较大,断面收缩率明显增大,冷顶锻性能有大幅度提高,可承受更大的冷变形而不开裂,如表2-15。

顶锻比指高度等于倍直径(ho=)的圆柱形试样,在两个柱状轧辊之间被压缩,如图2-4,产生强烈的不规则变形,试样原始高度h。

与首次出现裂纹时高度h1之比。

表2-15晶粒度与顶锻比的关系牌号钢丝直径,mm晶粒度级承受顶锻比304M304L3162.2.3不锈冷顶锻钢丝用线材大连钢铁集团304HC线材生产工艺路线如下:

红转电炉+VOD精炼浇铸钢锭750轧机开150方坯钢坯全剥皮喷丸精整高合金钢棒线材连轧机生产线材在线固溶表面处理包装不锈冷顶锻钢丝对表面质量要求极严,钢坯全剥皮可以彻底消除表面缺陷,喷丸精整的目的是清除砂轮剥皮时留下的小飞刺,高合金钢棒线材连轧机可实现计算机自动控制无扭转轧制,将线材表面划伤减小到最低限度。

奥氏体线材可实现在线固溶处理。

铁素体控制冷却线材具有极好的拉拔性能,线材可直接拉成钢丝。

马氏体线材吐丝后可自动装罐缓冷,然后离线退火。

不锈钢线材盘重吨。

对奥氏体不锈冷顶锻用钢而言,在线固溶处理线材不是理想状态线材。

从表2-16可以看出,离线固溶处理的线材更适用于制造冷顶锻用钢丝。

控制适当的吐丝温度与快速冷却,防止碳化物沿晶界析出,是提高不锈钢线材耐蚀性能的关键环节。

奥氏体线材吐丝温度控制在9501050,铁素体线材控制在800880,鼓风快速冷却比较合适。

表2-16线材不同热处理条件下的力学性能和晶粒度牌号热处理条件线材直径mm抗拉强度N/mm2屈服强度N/mm25%晶粒度,级304M空冷694300677811水冷固溶软化空冷固溶软化7015966565603322272902346478597378817579115116304L空冷固溶软化空冷固溶软化空冷固溶软化空冷固溶软化6575626245226345176204972901932811883101952851806779577052735169797974787580727651155316空冷水冷固溶软化空冷65766856065353432333322232722665637950667875817077115固溶软化注:

空冷:

线材成卷后吹风冷却.水冷:

线材成卷后淬水冷却.固溶软化:

线材成卷后离线固溶,直到晶粒度长大到要求级别,再淬水冷却.2.2.4不锈冷顶锻钢丝生产2.2.4.1热处理冷顶锻钢丝用线材宜采用周期炉热处理,以便选择足够的保温时间,使晶粒长大到46级。

加热速度应尽量快点,如果加热速度过慢,在中间温度碳化物容易析出,再将其完全固溶要耗费较长时间,一般先将炉子升到预定温度,然后装料。

300系列钢固溶温度10001100,升温4060分,保温20-30分,出炉快速淬水。

铁素体和马氏体钢热处理工艺与一般不锈钢相同。

冷顶锻钢丝半成品和成品有条件应选用气体保护连续炉进行热处理。

2.2.4.2表面质量冷顶锻钢丝对表面质量要求比一般钢丝严格,表面轻微划伤也可能造成冷顶锻开裂,生产中要格外注意表面涂层和润滑剂质量。

为提高表面质量,国外有些厂家首先对线材进行剥皮(或修磨)处理,彻底去除热轧缺陷,然后再进行冷加工。

2.2.4.3拉拔工艺GB/T4232-93冷顶锻用不锈钢丝规定,成品钢丝以软态(R)和轻拉(Q)两种状态交货。

软态钢丝最终要进行热处理,对拉拔减面率无特殊要求。

轻拉状态钢丝、奥氏体钢丝的减面率一般控制在15%以下,铁素体和马氏体钢丝的减面率也应控制在20%以下。

2.2.5不锈钢的磁性磁性是不锈钢标准件厂经常遇到的问题,部分仪器、仪表及电器产品希望使用无磁性标准件,同一钢种生产的标准件在磁性方面往往有很大差别,容易使人产生无所适从的感觉。

300系列(Cr-Ni)奥氏体不锈钢属于无磁性钢,但具体到不同钢号,因成分差异或加工工艺的影响,往往残留或产生一定的磁性。

以304为例,奥氏体组织是无磁的,但受成分限制,奥氏体稳定元素含量不足,钢中含有5-10%的铁素体。

同样因奥氏体不够稳定,冷加工时部分奥氏体转变为形变马氏体。

铁素体和形变马氏体属强磁性组织,304钢因此呈

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