專利名稱：一種氣閥鋼型材生產方法
技術領域：
本發明涉及一種型材的生產方法，尤其涉及一種氣閥鋼型材生產方法。
背景技術：
氣閥鋼型材俗稱氣閥鋼小型材或氣閥鋼，是指直徑小于10毫米，表面經磨光處理的氣閥鋼銀亮棒，是主要用于制造小型汽油發動機、小型柴油發動機進、排氣門的關鍵材料。目前，常用的氣閥鋼主要有53Cr21Mn9Ni4(簡稱21-4N)、33Cr23Ni8Mn3N(簡稱23-8N) 和55Cr21Mn8Ni2N(簡稱21-2N)等奧氏體型氣閥鋼和42Cr9Si2及40Crl0Si2Mo等馬氏體氣閥鋼。由于氣門工作在高溫、高壓、高沖刷和高腐蝕等苛刻條件下，因此氣閥鋼必須具有較高的機械性能和耐腐蝕性能。而氣閥鋼在室溫下(通常在0 35°C)具有強度高、塑形低、脆性大、冷變形困難、加工硬化明顯、裂紋敏感性極強等一系列特征，使得氣閥鋼小型材的生產加工十分困難。目前，國外通常采用熱精軋一矯直一磨光或熱精軋一剝皮一滾光矯直的工藝路線生產氣閥鋼小型材。當然，這都是建立在先進的工裝設備和工藝技術的基礎上。國內由于軋制工裝設備落后和工藝技術落后，小規格軋材的尺寸公差大，橢圓度大，表面質量差，不可能直接矯直磨光或剝皮滾光矯直，只有在軋制后，增加冷拉工藝，使軋制的尺寸公差、橢圓度、表面質量等指標達到能夠直接磨光的要求。另外，國內目前的軋機普遍速度較慢，鋼坯經多道次軋制，達到直徑8毫米左右時，坯料已經冷卻至不良變形溫度，不能再繼續軋制了，因此生產較小規格的氣門鋼小型材(如直徑5. 2毫米)不得不增加五個道次冷拉工藝， 冷拉工藝不僅使軋制的尺寸公差、橢圓度、表面質量達到要求，還具有使鋼坯外徑減小，達到要求尺寸的作用。由于氣閥鋼具有前述基本特征，通常冷拉的道次減面率不大于15%， 如超過15%，則可能造成冷拉材表面產生裂紋、拉斷等一系列問題。然而，即使以15%的道次減面率冷拉，而每一道次冷拉后，都需要退火、酸洗、鍍層等處理。因為材料在經過冷拉變形后，冷作硬化的硬度和材料內部應力達到極限，無法再進行拉拔變形，退火的目的是為消除材料在冷拉過程中冷作硬化的硬度和材料內部組織應力，以便給下個道次的冷拉提供塑性變形的條件；氣閥鋼材料的退火溫度通常在740 840°C之間，在此溫度區內，需要保溫 3 4小時，使材料冷拉變形后的內部組織得到均勻和變形帶來的應力得到釋放，從而降低材料硬度，使材料的塑性具備可再次冷拉變形的條件。酸洗是將經過拉拔前和拉拔后的材料表面進行清洗，使材料表面無氧化皮和粘附物，使材料在拉拔變形過程能夠順暢變形和不傷害材料表面，酸洗通常將配比好的酸液，用蒸汽加熱到100 200°C后，將材料放入酸液適當時間，使酸液與材料表面氧化皮或粘附物進行腐蝕反應，使拉拔前的盤元(盤條)表面清潔，從而使冷拉的材料變形順暢和表面不造成劃傷。鍍層是材料酸洗表面干凈的情況下，再將材料放入攪拌均勻的機油、碳粉、純石灰膏(重量比4 2 4)潤滑劑鍍層池中， 使材料表面粘附一層潤滑劑，然后進行晾干或者烘干后，方能進行冷拉生產，目的在于使材料在冷拉過程中變形更順暢和不劃傷材料，同時降低拉絲模具的套芯。由此可知，現有技術冷拉過程中，每拉拔一個道次，除了以上重復繁雜的操作外，由于氣閥鋼材料的硬度和強度高，塑性差，斷料的頻次極高，從而會造成材料報廢，成材率較低，通常只有92%左右。如此以來現有氣閥鋼生產方法不僅操作繁雜，生產成本高，而且大大降低了產品從拉絲到成品的綜合成材率。而且材料內部晶體組織不均勻。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種內部晶體組織均勻，省略退火和酸洗工藝，降低生產成本，提高生產效率的氣閥鋼型材生產方法。本發明的技術解決方案是一種氣閥鋼型材生產方法，其步驟是(1)對軋制型材進行固溶處理；(2)對固溶處理后的型材去除氧化層；(3)用加熱的石灰漿鍍層；(4)軋制型材一端進行軋尖；(5)埋覆潤滑，對軋制型材加熱并拉拔；(6)對拉拔后的材料進行固溶熱處理；(7)對固溶熱處理后的材料進行矯直和磨光。步驟(1)固溶處理的條件是溫度為1080°C，時間為60分鐘。步驟C3)石灰漿鍍層中的石灰漿配方為石灰2重量份、水8重量份，加熱80 100°c，鍍層時間5 8分鐘。步驟(5)的軋制型材采用電加熱方法，加熱溫度為400°C 920°C ；潤滑劑配方為
碳粉6重量份、皂粉3重量份、硫磺1重量份。步驟(6)固溶熱處理的條件是溫度為1100°C，時間為80分鐘。本發明的技術效果是本發明所述溫拉是指在400°C 920°C溫度下進行拉拔的生產工藝，常規的拉拔工藝是在溫室下進行的，通常稱為冷拉。由于氣閥鋼在室溫下，強度高、塑性低、脆性大，加工硬化明顯，裂紋敏感性極強，因此冷拉變形十分困難。當對被拉材料進行加熱，并使其達到400°C 920°C時，氣閥鋼硬度高、塑性差、變形難度大的基本特征發生相應的變化，使得材料拉拔時較為容易，道次減面率大幅度提高，且內部組織均勻一致。由于本發明采用了溫拉技術，拉拔道次間的材料不需要進行退火、酸洗等處理，可直接進行下一道次的溫拉。雖然根據最終產品規格的不同，從軋材到矯直磨光材的拉拔道次不同，但不論進行多少道次的拉拔，本發明的溫拉方法總是可以省略中間環節的退火、酸洗工序，直接連續拉拔，簡化了生產工藝。另外，本發明的氣閥鋼型材生產方法是根據我國現有軋制拉拔設備的基本情況，采用溫拉一熱處理一矯直一磨光的生產方法，以溫拉取代冷拉，在溫拉過程中，對氣閥鋼材料進行加熱，隨著溫度的升高，材料的硬度必然會降低，硬度降低，材料塑性必然會相對提高，塑性提高，材料變形延伸率得到提高，使得氣閥鋼拉拔道次減面率可以提高到20 %以上，且在加熱拉拔變形過程中，塑性變形更加順暢，相比冷拉工藝的冷加工，硬化現象得到極大緩解。材料在溫拉的情況下，材料芯部與表面變形相對一致，材料晶粒度內外一致，晶粒度級差可以控制在2級以內，解決了材料混晶的問題。材料采用本發明溫拉時，由于材料加熱，潤滑劑也熔化，增強了潤滑劑的附著力，并且與材料表面融合均勻緊密且不會脫落，因此，在拉拔道次之間，可以省略退火、酸洗處理，直接拉拔加工。另外，在溫拉時，對拉拔潤滑劑采用碳粉、皂粉、硫磺混合物，拉拔前不再用冷拉繁雜的鍍層工藝，只采取熟石灰水加熱至沸騰，熱煮鍍層，相比冷拉工藝，節省了生產成本，提高了生產效率。因此，采用本發明的溫拉工藝方法，塑性變形順暢的同時，使得氣閥鋼的溫拉速度進一步提高，道次面減率進一步增加，拉拔材的表面質量進一步提高，材料內部組織變形均勻一致。經試驗驗證，采用本發明的溫拉工藝拉拔生產21-4N、23-8N、21-2N、42Cr9Si2、 40Crl0Si2Mo等奧氏體或馬氏體型氣閥鋼小型材，成材率、勞動生產率都有明顯的提高，生產成本降低10%，尤其是材料內部組織的均勻性得到最大程度改善。


1、圖1為本發明實施例氣閥鋼小型材電加熱示意圖。2、圖2為21-4N材料利用現有冷拉工藝固溶時效后材料外部邊緣金相組織圖 (X400)。3、圖3為21-4N材料利用現有冷拉工藝固溶時效后材料芯部金相組織圖(X400)。4、圖4為本發明實施例21-4N利用本發明溫拉工藝固溶時效后材料外部邊緣金相組織圖(X400)。5、圖5為本發明實施例21-4N利用本發明溫拉工藝固溶時效后材料芯部金相組織圖(X400)。圖中，1、電控柜，2、整流裝置，3、控制器，4、負極輥，5、正極輥，6、氣閥鋼型材，7、第 1道模具，8、第2道模具，9、第3道模具，10、牽引機。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明本實施例材質為53Cr21Mn9Ni4N(21-4N)，溫拉道次分三次連續進行。爐號為XJ10-7-46，重量 3216kg。本實施例軋制規格軋制型材直徑8mm，成品材規格直徑5. 2mm本實施例溫拉采用電接觸加熱方式，電接觸加熱如圖1所示，在每道次拉拔模具入口端前，在負極輥4、正極輥5之間通上直流電，本實施例第1次拉拔道次溫度控制在 6200C 士 15 °C范圍，道次減面率為19.0% ；第2次拉拔道次溫度控制在580°C 士 15°C范圍，道次減面率為20.98% ；第3次拉拔道次溫度控制在560°C 士 15°C范圍，道次減面率為 23. 44%。材料直徑由直徑8毫米分別縮減為7. 2毫米、6. 4毫米、5. 6毫米。即拉拔道次減面率19.0% 20. 98% 23. 44%拉拔前后的直徑8mm--- Φ 7. 2mm--- Φ 6. 4mm--- Φ 5. 6mm本實施例軋制型材拉拔線速度為18 30米/分鐘，第1次拉拔道次電加熱電壓 42 45V，電流160 180A ；第2次拉拔道次電加熱電壓42 45V，電流140 150A ；第3 次拉拔道次電加熱電壓42 45V，電流120 140A。本發明所述溫拉是指在400°C 920°C溫度下進行拉拔。對被拉拔材料進行加熱， 并將加熱位置，設置在模具進口前，通過調節拉拔速度、加熱段長度、加熱功率等參數，使被拉拔材料的加熱溫度能隨不同的拉拔速度，調節到一個恒定的溫度范圍。被拉拔材料的加熱溫度應控制在400°C 920°C，具體根據被拉拔材料的材質、規格不同而進行調整，以使被拉拔材料既具備了較好的塑性，而又有一定的強度，能承受拉拔時產生的拉伸延長縮徑。 加熱溫度穩定后，將其恒定在士 15°C的范圍內。在溫拉時，拉拔速度根據被加熱段溫度來調整，拉拔溫度根據加熱段長度來調整， 因為加熱段長度越長，電流對其加熱的時間也就相對的長，加熱段長度越短，加熱的時間就會縮短，在同樣的拉拔速度下，溫度就會越高；同時調整加熱功率，功率越大，即加熱材料單位截面積的電流密度越大，在短的時間內，溫度就會升高越快，塑性就會越好，拉拔的速度就可以加快；同時大規格材料比小規格材料截面積大，需要加熱的功率較大或時間較長； 再有，材料的材質由于合金含量不一樣，同時電阻值也不一樣，材料的塑性也有較大的差異，所以溫拉時的拉拔速度、加熱段長度、加熱功率，還需要根據材料材質的不同，規格的不同進行調整。且在拉拔過程中，使用激光測溫儀，對加熱段溫度進行監控調整。本實施例潤滑方式拉拔前采用石灰鍍層，及碳粉、皂粉、硫磺(重量比6 3 1) 固體潤滑劑埋覆潤滑。因為現有的潤滑劑及潤滑工藝存在包覆困難、潤滑失效、潤滑劑附著力不強等問題。在提高了拉拔溫度后，對潤滑劑進行相應的調整，采用碳粉、皂粉、硫磺(重量比6 3 1)埋覆被拉拔材料，在溫拉400 920°C的情況下，硫磺和皂粉會熔化，在皂粉潤滑的情況下，碳粉同時粘附進行拉拔潤滑。不但解決了以上問題，而且還降低了拉拔潤滑劑的使用成本。本實施例具體生產方法是(1)固溶處理對軋制型材進行固溶處理(1080°C X 60分鐘)，使材料中各種相充分溶解，并消除軋制應力。(2)去除氧化層消除軋制應力軟化后，進行拋丸機噴砂，打掉材料表面氧化皮。(3)石灰漿加熱鍍層，將石灰與水按2 8 (重量比)放入鍍層池并攪拌均勻后，在石灰漿中通入水蒸汽進行加熱，使石灰漿保持80 100°C，軋制型材放入鍍層池5 8分鐘后，將軋制型材移出晾干，軋制型材表面必須有明顯的石灰漿發白痕跡，使材料表面附著薄薄的一層石灰漿，石灰鍍層為材料溫拉時潤滑劑的埋覆做好準備。(4)軋尖用滾動式軋尖機把軋制型材一端端部軋細，以便拉拔時穿過模具。(5)埋覆潤滑及溫拉拉絲模具前用碳粉、皂粉、硫磺(重量比6 3 1)混合物埋覆潤滑，在本實例中，軋制型材從直徑8mm分三個道次直接拉到直徑5. 6mm后，再按要求進行固溶熱處理，本實施例固溶處理條件是1100°C X 80分鐘，使材料內部組織達到要求的標準。(6)矯直、磨光磨削量為0. 4mm,磨光至直徑5. 2mm。(7)外觀檢查和機械性試驗，經外觀檢查和機械性試驗，產品質量達到 GB/12773-2008 標準要求。21-4N, Φ 5. 6mm 冷拉固溶時效(X400) (1100°C X 80 分鐘固溶，740°C X 180 分鐘時效)后金相檢測如圖2、圖3照片(X400)所示，從圖2、圖3金相照片可以看出，圖2、圖3由于冷拉后，材料表面與芯部變形量不一致，固溶后材料邊緣與芯部組織差異較大，晶粒度級差5級，嚴重混晶，不符合GB/12773-2008標準要求。本實施例21-4N，直徑5.6mm的材料溫拉固溶時效(1100°C X80分鐘固溶， 7400C X180分鐘時效)后如圖4、圖5照片(X400)所示，從圖4、圖5金相照片可以看出， 材料內外變形比較一致，材料固溶后邊緣與芯部組織一致性較好，晶粒度級差0. 5級，符合GB/12773-2008 標準要求。 從本實例可以看出，采用本發明工藝減少了拉拔道次，省略了冷拉拔道次間的退火、酸洗等處理工藝，提高了勞動生產率，降低了生產成本，更為關鍵的是解決了冷拉材料內部組織不均勻的生產質量問題。
權利要求
1.一種氣閥鋼型材生產方法，其步驟是(1)對軋制型材進行固溶處理；(2)對固溶處理后的型材去除氧化層；(3)用加熱的石灰漿鍍層；(4)軋制型材一端進行軋尖；(5)潤滑劑埋覆潤滑，軋制型材加熱并拉拔；(6)對拉拔后的材料進行固溶熱處理；(7)對固溶熱處理后的材料進行矯直和磨光。
2.根據權利要求1所述一種氣閥鋼型材生產方法，其特征在于，步驟(1)固溶處理的條件是溫度為1080°C，時間為60分鐘。
3.根據權利要求1所述一種氣閥鋼型材生產方法，其特征在于，步驟C3)石灰漿鍍層中的石灰漿配方為石灰2重量份、水8重量份，加熱80 100°C，鍍層時間5 8分鐘。
4.根據權利要求1所述一種氣閥鋼型材生產方法，其特征在于，步驟( 的軋制型材采用電加熱方法，加熱溫度為400°C 920°C ；潤滑劑配方為碳粉6重量份、皂粉3重量份、硫磺1重量份。
5.根據權利要求1所述一種氣閥鋼型材生產方法，其特征在于，步驟(6)固溶熱處理的條件是溫度為1100°c，時間為80分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種氣閥鋼型材生產方法，其步驟是對軋制型材進行固溶處理；對固溶處理后的型材去除氧化層；用加熱的石灰漿鍍層；軋制型材一端進行軋尖；埋覆潤滑，加熱軋制型材并拉拔；對拉拔后的材料進行固溶熱處理；對固溶熱處理后的材料進行矯直和磨光。所述步驟(3)石灰漿鍍層中的石灰漿配方為石灰2重量份、水8重量份，加熱80～100℃，鍍層時間5～8分鐘。所述步驟(5)的軋制型材采用電加熱方法，加熱溫度為400℃～920℃；所述步驟(5)的潤滑劑配方為碳粉6重量份、皂粉3重量份、硫磺1重量份。本發明具有內部晶體組織均勻，省略退火和酸洗工藝，降低生產成本，提高生產效率的特點。
文檔編號B23P15/00GK102152069SQ20111003856
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者劉俊杰, 吳明杰 申請人:煙臺鑫杰特鋼有限公司