CN108465699A

CN108465699A - 一种304耐磨不锈钢丝的制备方法

Info

Publication number: CN108465699A
Application number: CN201810214309.9A
Authority: CN
Inventors: 王建军; 李晓晨; 逯志强; 张宏阳; 秦高梧; 张光德; 刘春明
Original assignee: SHENYANG NORTHEAST INSTITUTE OF METAL MATERIALS Co Ltd; Northeastern University China
Current assignee: SHENYANG NORTHEAST INSTITUTE OF METAL MATERIALS Co Ltd; Northeastern University China
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: CN108465699B

Abstract

一种304耐磨不锈钢丝的制备方法：1)选取原材料304不锈钢丝材的直径﹥1.3倍预设成品直径；2)将304不锈钢丝材退火；3)对退火后的不锈钢丝材进行多道次拉拔处理，如达到成品尺寸，则制得成品；如不为成品尺寸，再次进行退火，空冷到室温，到拉拔退火后的不锈钢丝材；4)当拉拔退火后的不锈钢丝材的直径＞1.3倍预设成品直径时，则重复进行步骤3，直至当拉拔退火后的不锈钢丝材的直径≤1.3倍预设成品直径时，则进行步骤5；5)对拉拔退火后的不锈钢丝材进行拉拔处理，拉拔至成品尺寸，制得304耐磨不锈钢丝成品；本发明方法制备的304耐磨不锈钢丝成品，抗拉强度提高1～3倍，显微维氏硬度提高2～3倍，磨损性能提高5～30％。

Description

一种304耐磨不锈钢丝的制备方法

技术领域

本发明属于耐磨不锈钢丝生产技术范围，特别是提供了一种304耐磨不锈钢丝的制备方法。

背景技术

深井深海开采用耐磨钢丝筛网、筛板等产品由于长期在高磨及腐蚀等特殊环境下工作，产品寿命往往较短，其性能不足已成为影响现代开采效率的重要因素。因此，如何选择并提高丝材的耐磨性能来增加其工作寿命对工程生产具有重要意义。304不锈钢因具有强烈的加工硬化倾向及优良的耐蚀性能，是耐磨钢丝筛网、筛板等产品用材料的最佳选择之一。

304耐磨不锈钢丝的性能和质量除了受到原材料成分和钢材生产工艺影响外，钢丝的加工工艺对其性能和质量也有决定性作用，一般而言用于耐磨丝材的钢丝可以通过热轧的方法得到，或者通过一些常规拉拔方法如：原材料盘条→退火→除氧化皮→拉拔→多次退火拉拔→成品，通常按照产品的尺寸须经过多道次拉拔工艺得到。

然而，通过热轧手段或者常规拉拔法所制得的耐磨钢丝却存在不足之处，因该类耐磨丝材由于长期处于高温及腐蚀环境工作环境，生产实践表明传统的热轧耐磨钢丝产品寿命很短，而通过常规拉拔所得到的耐磨钢丝寿命会长于热轧耐磨钢丝，但是依然没有发挥出材料本身的潜力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种304耐磨不锈钢丝的制备方法，通过控制冷拔变形量及退火温度来使耐磨钢丝发生形变诱导马氏体相变从而得到更高耐磨性。

本发明的一种304耐磨不锈钢丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，选材：

选取原材料304不锈钢丝材的直径﹥1.3倍预设成品直径；

步骤2，退火：

将304不锈钢丝材，进行退火处理，退火温度为650～1000℃，退火时间为30～150min，制得退火后的不锈钢丝材；

步骤3，多道次拉拔处理：

对退火后的不锈钢丝材进行多道次拉拔处理，单道次的拉拔变形量为15～45％，当累计变形量达到30～65％时，拉拔后的不锈钢丝材如果达到成品尺寸，则制得304耐磨不锈钢丝；如果未达到成品尺寸，再次进行退火处理，退火温度为500～850℃，退火时间为20～30min，再空冷到室温，得到拉拔退火后的不锈钢丝材；

步骤4，条件判断：

当拉拔退火后的不锈钢丝材的直径＞1.3倍预设成品直径时，则返回进行步骤3，直至当拉拔退火后的不锈钢丝材的直径≤1.3倍预设成品直径时，进行步骤5；

步骤5，成品前的拉拔处理：

进行单道次或多道次拉拔，控制每道次的拉拔变形量为15～45％，拉拔至成品尺寸，制得 304耐磨不锈钢丝成品。

上述的一种304耐磨不锈钢丝的制备方法，其中：

所述步骤1中，304不锈钢丝材为304不锈钢盘条，预设成品为冷拔态丝材。

所述步骤2中，退火处理采用井式炉。

所述步骤2中，退火温度选择的原则是使丝材充分软化，同时控制组织不发生再结晶晶粒长大。

所述步骤3中，在进行拉拔处理前，将退火后的不锈钢棒的一端进行碾尖处理，并去除氧化皮，为拉拔做准备，去除氧化皮采用抛丸机。

所述步骤3中，单道次的拉拔变形量为15～45％，以使其发生形变诱导马氏体相变，提升丝材的强度和耐磨性能。

所述步骤3中，退火采用氢退炉。

所述步骤3中，退火温度的选择目的是为了保留冷拔态组织，将形变诱导马氏体相变所产生的形变马氏体保留下来；退火温度不高于丝材的再结晶温度。

所述步骤3中，累计变形量每次退火后重新计算，其中，S₁指两次退火之间，拉拔后不锈钢丝材的横截面面积；S₀是指两次退火之间，拉拔前的不锈钢丝材的横截面面积。

所述步骤5中，拉拔处理中间不夹杂退火处理。

所述步骤1中，原材料直径为2.8～10mm；所述步骤5中，可304耐磨不锈钢丝成品直径为8.3～2.3mm。

本发明的技术方案解决技术问题的思路为：根据奥氏体不锈钢丝冷拉拔的过程中主要涉及三种变形机制：位错的滑移，孪生与相变。当材料经过冷拉拔变形后，首先会使位错密度增加，位错之间的交互作用增强，随着变形量的继续增大，位错的滑移变得困难。因奥氏体具有较低的层错能，所以很容易以孪生的方式来抵抗变形，孪生片层的增多相当于使基体的晶界数量增加，晶界面积的增大很大程度上限制了位错的运动，产生加工硬化效果。常规的拉拔工艺一般以这两种变形机制进行性能强化，因此常规的拉拔所得到的耐磨钢丝材的寿命会长于热轧态的耐磨钢丝。然而，如果继续增大拉拔的变形量，当孪生对强度的贡献达到极致时，形变马氏体开始产生，此时，耐磨钢丝的强度就能够上升到更高的级别，耐磨性能也就有了更大的提升。

本发明的304耐磨不锈钢丝的制备方法，与现有技术相比，有益效果是：

与热轧法及常规拉拔法相比，控制大变形量可以诱导发生形变诱导马氏体相变，控制低退火温度可以积累冷拔态组织，这种生产制备方法相比传统制备方法可将抗拉强度提高1～3 倍，显微维氏硬度提高2～3倍，磨损性能提高5～30％；且控制大变形量可以减少拉拔道次，缩短工程时间，快速且高质量地得到性能优异的耐磨钢丝；另一方面，降低退火温度可以节约能源，降低企业生产成本。

综上所述，通过控制冷拔变形量及退火温度来使奥氏体耐磨钢丝在拉拔过程中发生形变诱导马氏体相变，同时将耐磨性能良好的马氏体组织保留下来，可得到更高的耐磨性。

附图说明

图1本发明实施例1步骤2制得的退火后的不锈钢棒的金相图；

图2对比例制得的304不锈钢丝材光学显微组织；

图3本发明实施例1步骤5制得的304的冷拔态丝材的金相图；

图4本发明实施例1步骤2制得的退火后的不锈钢棒、步骤5制得的304的冷拔态丝材和对比例制得的304不锈钢丝材的XRD图；

图5本发明实施例1步骤5制得的304的冷拔态丝材的磨损率及硬度随冷拔变形量的变化趋势；

图6本发明实施例1步骤5制得的304的冷拔态丝材的抗拉强度随冷拔变形量的变化趋势。

具体实施方案

以下实施例中，步骤2退火装置采用R1-B0-10号井式炉；步骤3退火装置采用R6-L20-12 氢退炉；去除氧化皮采用Q3710抛丸机；拉拔采用JCJXl号拉丝机；

实施例1

一种304耐磨不锈钢丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，选材：

选取原材料直径为8mm的304不锈钢丝材，根据企业耐磨钢丝产品规格，预设成品直径为3.4mm；

步骤2，退火：

将直径为8mm的304不锈钢丝材在800℃的温度下进行退火，退火时间为1h；退火温度选择的原则是使丝材充分软化，同时控制组织不发生再结晶晶粒长大。

步骤3，多道次拉拔处理：

在进行拉拔处理前，将退火后的不锈钢棒的一端进行碾尖处理，并去除氧化皮，为拉拔做准备。

首先，用拉丝机对退火后的不锈钢丝材进行第一道次拉拔处理，第一道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为7mm，单道次的拉拔变形量23％，累积变形量为23％；

其次，对第一道次拉拔处理后的不锈钢丝材进行第二道次拉拔处理，第二道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为6mm，单道次的拉拔变形量为27％，两次拉拔累积变形量为44％，未到达预设成品尺寸，将第二道次拉拔处理后的不锈钢丝材在700℃的温度下进行退火处理，退火时间为20min，再空冷到室温，得到拉拔退火后的不锈钢丝材。退火温度的选择原则是尽量保留冷拔态组织，将形变诱导马氏体相变所产生的形变马氏体保留下来；退火温度不高于丝材的再结晶温度；

单道次的拉拔变形量为15～45％，以使其发生形变诱导马氏体相变，提升丝材的强度和耐磨性能；

步骤4，条件判断：

当拉拔退火后的不锈钢丝材的直径＞1.3倍预设成品直径时，则返回进行步骤3：在进行拉拔处理前，将退火后的不锈钢棒的一端进行碾尖处理，并去除氧化皮，为拉拔做准备。

首先，用拉丝机对退火后的不锈钢丝材进行第三道次拉拔处理，第三道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为5mm，单道次的拉拔变形量31％，累积变形量为31％；

其次，对第三道次拉拔处理后的不锈钢丝材进行第四道次拉拔处理，第四道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为4.3mm，单道次的拉拔变形量为26％，两次拉拔累积变形量为49％，未到达预设成品尺寸，将第四道次拉拔处理后的不锈钢丝材在700℃的温度下进行退火处理，退火时间为20min，再空冷到室温，得到拉拔退火后的不锈钢丝材。

步骤5：成品前的拉拔处理：

第五次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为5mm控制单道次的拉拔变形量为22％，累积变形量为22％，未到达成品尺寸，进行第六次拉拔处理。

第六次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为4.3mm控制单道次的拉拔变形量为20％，累积变形量为37％，最终得到直径为3.4mm的冷拔态丝材。

拉拔处理中间不夹杂退火处理，得到产品尺寸后，也不再进行退火软化，使丝材保持冷拔态组织，将拉拔过程中通过形变诱导而产生的马氏体组织保留下来，从而提高丝材的耐磨性能。

本实施例的具体拉拔工艺如表1～3所示：

表1第一次退火前的拉拔工艺

表2第二次退火前的拉拔工艺

表3第三次退火前的拉拔工艺

本实施例步骤2制备的退火后的不锈钢棒的金相图如图1所示；其XRD图谱如图4(热轧态对应曲线)所示；步骤5制备出的直径为3.4的冷拔态丝材的金相图如图3所示，其XRD 图谱如图4(本发明对应曲线)所示，其硬度和磨损率随着冷拔变形量的变化规律如图5所示，其拉伸性能随着冷拔变形量的变化规律如图6所示。

对比例

选取实施例的原材料8mm的304不锈钢丝材，将其在900～1000℃的温度下进行退火，退火时间为2～4h，然后进行单道次拉拔，拉拔变形量为5～12％；其中选取在1000℃下保温 4h后，拉拔变形量为8％，制得的不锈钢丝的光学显微组织如图2所示，其XRD图谱如图4 (常规拉拔对应曲线)所示。

一种304耐磨不锈钢丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，选材：

步骤2，退火：

步骤3，多道次拉拔处理：

通过对比实施例1和对比例，可见本发明的优点主要体现在：

(1)具有高密度冷拔态组织，其中大变形丝材的组织如图3所示，组织发生严重变形沿拉拔方向被拉长，成纤维状组织分布；而热轧态的和常规变形量拉拔的组织如图1与图2所示。

(2)发生了形变诱导马氏体相变，如图4所示，通过XRD分析可得大变形量拉拔组织内部发生了形变诱导马氏体相变，马氏体峰位很高；而热轧及常规拉拔却没有检测到马氏体峰的存在或者马氏体的峰位很低。

(3)图5为累积变形量对丝材硬度及磨损率的影响，图6为变形量对抗拉强度的影响，可以得出该方法控制所得到的冷拔态可将抗拉强度提升1-3倍，显微维氏硬度提高2-3倍，磨损率降低5～30％。

实施例2

步骤1，选材：

选取原材料直径为10mm的304不锈钢丝材，根据企业耐磨钢丝产品规格，预设成品直径为8.3mm。

步骤2，退火：

将直径为10mm的304不锈钢丝材在1000℃的温度下进行退火，退火时间为2h；退火温度选择的原则是使丝材充分软化，同时控制组织不发生再结晶晶粒长大。

步骤3，多道次拉拔处理：

在进行拉拔处理前，将退火后的不锈钢棒的一端进行碾尖处理，并去除氧化皮，为首道次拉拔做准备。

首先，用拉丝机对退火后的不锈钢丝材进行第一道次拉拔处理，第一道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为9mm，单道次的拉拔变形量19％，累积变形量为19％；

其次，对第一道次拉拔处理后的不锈钢丝材进行第二道次拉拔处理，第二道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为8.3mm，单道次的拉拔变形量为15％，两次拉拔累积变形量为31％，到达预设成品尺寸，制得304耐磨不锈钢丝。

本实施例的具体拉拔工艺如下表4所示：

表4第一次退火前拉拔工艺

实施例3

步骤1，选材：

选取原材料直径为2.8mm的304不锈钢丝材，根据企业耐磨钢丝产品规格，预设成品直径为2.3mm。

步骤2，退火：

将直径为10mm的304不锈钢丝材在1000℃的温度下进行退火，退火时间为30min；退火温度选择的原则是使丝材充分软化，同时控制组织不发生再结晶晶粒长大。

步骤3，多道次拉拔处理：

首先，用拉丝机对退火后的不锈钢丝材进行第一道次拉拔处理，第一道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为2.5mm，单道次的拉拔变形量20％，累积变形量为20％；

其次，对第一道次拉拔处理后的不锈钢丝材进行第二道次拉拔处理，第二道次拉拔处理后的不锈钢丝材直径为2.3mm，单道次的拉拔变形量为15％，两次拉拔累积变形量为33％，到达预设成品尺寸，制得304耐磨不锈钢丝。

本实施例的具体拉拔工艺如下表5所示：

表5第一次退火前拉拔工艺

Claims

1.一种304耐磨不锈钢丝的制备方法，其特征在于：所述制备方法包含包括以下步骤：

步骤1，选材：

选取原材料304不锈钢丝材的直径﹥1.3倍预设成品直径；

步骤2，退火：

步骤3，多道次拉拔处理：

步骤4，条件判断：

步骤5，成品前的拉拔处理：

进行单道次或多道次拉拔，控制每道次的拉拔变形量为15～45％，拉拔至成品尺寸，制得304耐磨不锈钢丝成品。

2.根据权利要求1中所述的304耐磨不锈钢丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，原材料304不锈钢丝材直径范围可选择2.8～10mm，成品范围为尺寸8.3～2.3mm。

3.根据权利要求1中所述的304耐磨不锈钢丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，退火处理采用井式炉。

4.根据权利要求1中所述的304耐磨不锈钢丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，退火采用氢退炉。

5.根据权利要求1中所述的304耐磨不锈钢丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，在进行拉拔处理前，将退火后的不锈钢棒的一端进行碾尖处理，并去除氧化皮，为拉拔做准备。

6.根据权利要求5中所述的304耐磨不锈钢丝的制备方法，所述的去除氧化皮采用抛丸机。