一种螺栓钢材球化退火工艺的制作方法

1.本发明涉及钢材球化退火工艺技术领域，具体为一种螺栓钢材球化退火工艺。


背景技术：

2.球化退火是改善钢组织与性能的基本途径之一，球化退火的主要目的是使钢铁材料的微观组织中的碳化物球化，降低材料的硬度，提高材料的塑性，降低材料的变形抗力，使材料易于塑性加工成形。在螺丝线材生产中要获得理想性能和组织，关键是选择适宜的球化退火工艺。
3.目前，在生产中，冶炼低碳合金钢的螺栓钢材时，按照现有工艺对螺丝线材进行缓慢冷却或退火后，硬度偏高，韧性较差，螺栓钢材极易出现裂纹，轻者需将裂纹部位切除利用，重者直接导致生产的螺栓钢材报废，严重影响螺栓钢材的质量和成材率。
4.因此，亟需对螺栓钢材球化退火工艺进行改进，来使螺栓钢材的韧性较强。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
6.进一步的，包括以下工艺步骤：
7.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以90～110℃/h的速度升温至760～800℃，继续以2～3m3/min通入惰性混合气体30～60min，随后保温4～6h。
8.(2)一次加压冷却：升压至0.1～0.2mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以15～25℃/h的速度冷却至560～600℃。
9.(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以75～85℃/h的速度冷却至380～400℃。
10.(4)三次加压冷却：继续升压至0.1～0.2mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
11.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2～3％的低碳合金钢。
12.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
13.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.4～1：0.6。
14.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
16.本发明的螺栓钢材球化退火工艺，先在氮气保护环境下，升温至760～800℃进行保温，使渗碳体充分且均匀地溶于奥氏体中，形成单一且均匀的奥氏体组织，按照球化理论，均匀的奥氏体很难转变成球状渗碳体组织，同时通入混有丙烯的氮气，在螺栓钢材中镍金属的催化作用下，在螺栓钢材内形成大量碳纳米线，以“钉扎”的形式分散在螺栓钢材内，增强了螺栓钢材的韧性；然后采用缓慢冷却和反复加压的方式进行一次加压冷却、二次减
压冷却和三次加压冷却，渗碳体球化得更多，均匀度也更好，避免了因冷却速度过快球化组织不均匀或冷却速度过慢片状渗碳体难以破碎，球化效果差的问题。本发明采用升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却的工艺达到了球化退火效果较好，螺栓钢材韧性较好开裂率较低。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在将以下实施例中制得的螺栓钢材的各指标测试方法如下：
19.韧性：取相同质量实施例和对比例制备的螺栓钢材，在instron-450冲击试验机上进行，测试温度为0℃下测试冲击功来测试韧性。
20.实施例1
21.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
22.进一步的，包括以下工艺步骤：
23.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以90℃/h的速度升温至76℃，继续以2m3/min通入惰性混合气体30min，随后保温4h。
24.(2)一次加压冷却：升压至0.1mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以15℃/h的速度冷却至560℃。
25.(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以75℃/h的速度冷却至380℃。
26.(4)三次加压冷却：继续升压至0.1mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
27.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2％的低碳合金钢。
28.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
29.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.4。
30.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
31.实施例2
32.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
33.进一步的，包括以下工艺步骤：
34.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以100℃/h的速度升温至780℃，继续以2.5m3/min通入惰性混合气体45min，随后保温5h。
35.(2)一次加压冷却：升压至0.15mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃。
36.(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃。
37.(4)三次加压冷却：继续升压至0.15mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
38.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2.5％的低碳合金钢。
39.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
40.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.5。
41.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
42.实施例3
43.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
44.进一步的，包括以下工艺步骤：
45.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以110℃/h的速度升温至800℃，继续以3m3/min通入惰性混合气体60min，随后保温6h。
46.(2)一次加压冷却：升压至0.2mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以25℃/h的速度冷却至600℃。
47.(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以85℃/h的速度冷却至400℃。
48.(4)三次加压冷却：继续升压至0.2mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
49.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为3％的低碳合金钢。
50.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
51.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.6。
52.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
53.对比例1
54.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
55.进一步的，包括以下工艺步骤：
56.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以100℃/h的速度升温至650℃，继续以2.5m3/min通入惰性混合气体45min，随后保温5h。
57.(2)一次加压冷却：升压至0.15mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃。
58.(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃。
59.(4)三次加压冷却：继续升压至0.15mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
60.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2.5％的低碳合金钢。
61.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
62.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.5。
63.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
64.对比例2
65.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
66.进一步的，包括以下工艺步骤：
67.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以100℃/h的速度升温至780℃，随后保温5h。
68.(2)一次加压冷却：升压至0.15mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃。
69.(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃。
70.(4)三次加压冷却：继续升压至0.15mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
71.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2.5％的低碳合金钢。
72.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
73.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
74.对比例3
75.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
76.进一步的，包括以下工艺步骤：
77.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以100℃/h的速度升温至780℃，继续以2.5m3/min通入惰性混合气体45min，随后保温5h。
78.(2)一次加压冷却：升压至0.15mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至390℃。
79.(3)三次加压冷却：继续升压至0.15mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
80.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2.5％的低碳合金钢。
81.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
82.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.5。
83.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
84.对比例4
85.一种螺栓钢材球化退火工艺，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。
86.进一步的，包括以下工艺步骤：
87.(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以100℃/h的速度升温至780℃，继续以2.5m3/min通入惰性混合气体45min，随后保温5h。
88.(2)一次加压冷却：升压至0.15mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至580℃；继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃。
89.(3)三次加压冷却：继续升压至0.15mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。
90.进一步的，所述螺栓钢材采用镍含量为2.5％的低碳合金钢。
91.进一步的，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。
92.进一步的，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.5。
93.进一步的，所述抽真空的真空度为1mba。
94.效果例
95.下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至4制得的螺栓钢材的韧性的分析结果。
96.表1
[0097][0098]
从表1中可发现实施例1、2、3制得的螺栓钢材的韧性较好；从实施例1、2、3和对比例1的实验数据比较可发现，升温至760～800℃进行保温，制备螺栓钢材，制得的螺栓钢材的韧性较好；从实施例1、2、3和对比例2的实验数据比较可发现，在混有丙烯的氮气下保温制得的螺栓钢材的韧性较好；从实施例1、2、3和对比例3、4、5的实验数据可发现，使用一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却制备螺栓钢材，制得的螺栓钢材的韧性较好。
[0099]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种螺栓钢材球化退火工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却。2.根据权利要求1所述的一种螺栓钢材球化退火工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：(1)升温、保温：将螺栓钢材置于热处理炉中，将螺栓钢材置于热处理炉中抽真空，向热处理炉中充入惰性气体，随后以90～110℃/h的速度升温至760～800℃，继续以2～3m3/min通入惰性混合气体30～60min，随后保温4～6h。(2)一次加压冷却：升压至0.1～0.2mpa，将炉内的温度通过风冷的方式以15～25℃/h的速度冷却至560～600℃。(3)二次减压冷却：继续抽真空，将炉内的温度通过风冷的方式以75～85℃/h的速度冷却至380～400℃。(4)三次加压冷却：继续升压至0.1～0.2mpa，螺栓钢材自然冷却到常温并出炉。3.根据权利要求2所述的一种螺栓钢材球化退火工艺，其特征在于，所述螺栓钢材采用镍含量为2～3％的低碳合金钢。4.根据权利要求2所述的一种螺栓钢材球化退火工艺，其特征在于，所述惰性气体为纯度为99.9％的工业氮气。5.根据权利要求1所述的一种螺栓钢材球化退火工艺，其特征在于，所述惰性混合气体中纯度为99.9％的工业氮气和丙烯的比例为1：0.4～1：0.6。6.根据权利要求5所述的一种螺栓钢材球化退火工艺，其特征在于，所述抽真空的真空度为1mba。

技术总结
本发明公开的一种螺栓钢材球化退火工艺，涉及钢材球化退火工艺技术领域。本发明的螺栓钢材球化退火工艺步骤，依次包括以下工艺步骤：先在氮气保护环境下，升温至760～800℃进行保温，同时通入混有丙烯的氮气，在螺栓钢材中镍金属的催化作用下，然后采用缓慢冷却和反复加压的方式进行一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却，渗碳体球化得更多，均匀度也更好，避免了因冷却速度过快球化组织不均匀或冷却速度过慢片状渗碳体难以破碎，球化效果差的问题；本发明采用升温、保温、一次加压冷却、二次减压冷却和三次加压冷却的工艺达到了球化退火效果较好，螺栓钢材韧性较好开裂率较低。低。


技术研发人员：蒋永峰 许守进 王欢
受保护的技术使用者：常熟市标准件厂有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/24