專利名稱：一種s2工具鋼的高性能六角形冷拔材及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工具鋼生產領域，具體涉及一種S2工具鋼冷拔材的制造方法。
背景技術：
工具鋼是合金鋼的一個種類。S2是工具鋼的一個品種，作為工具類高等級的制作用鋼。工具鋼冷拔材是指采用冷拔工藝技術，生產的工具鋼產品，產品形狀有圓形、六角形等。S2工具鋼作為制作工具用鋼材料，是用于制造各類高質量要求電動工具的六角批 頭、內六角扳手、螺絲刀等專用工具。S2合金鋼的特點是碳含量在O. 65 O. 70%，硅含量在I. 00 I. 25%，錳含量在O. 45 O. 60%，鉻含量在O. 10 O. 30%，鑰含量在O. 40
O.50%，釩含量在O. 15 O. 25%，精煉材，經冶煉、軋制、冷加工制成工具用鋼的原料。目前，S2工具鋼的六角形冷拔材生產技術(工藝)是鋼鐵制造商提供的S2工具鋼產品常規(guī)冷拔制備生產工藝流程為退火一酸洗一磷化一冷拉變形一退火一酸洗一磷化—冷拉成型一檢驗、入庫，此工藝生產的產品，制作的工具能適用于低檔次的汽車、機械設備、家用電器及家具等方面安裝工具。采用上述生產技術，制備的S2工具鋼的六角形冷拔材產品，能達到下列產品(普通級)供貨標準(I)供貨狀態(tài)是以冷拉棒材形式交貨；(2)其主要性能要求脫碳層< O. 05mm,硬度指標< 260-300HBW。(3)表面質量鋼材表面應光滑，不得有肉眼可見的裂紋、折迭、結疤和拉裂等缺陷，深度不超過鋼材直徑公差之半的個別麻點、劃痕和凹坑等缺陷允許存在。上述S2工具鋼的六角形冷拔材產品(普通級)，加工成工具時，存在下列不足之I)、在落料中，常存在粘刀，剪切頭子存馬蹄形缺陷；2)、脫碳指標偏高，不能適應淬火、回火后表面硬度與扭力的高質量綜合性能指標要求；3)、表面質量較差，存在著細麻點、擦傷等缺陷，影響工具鍍層的表面質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種新的S2工具鋼六角形冷拔材的生產方法，克服現(xiàn)有S2工具鋼的六角形冷拔材存在的上述缺陷。本發(fā)明的技術方案是，一種S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，包括退火處理和冷拉成型工藝，該方法的主要步驟是(I)盤卷球狀化退火處理熱軋后的盤卷進行球狀化退火處理；所述退火的控制要求為隨爐升溫到780-800°C，保溫4-6小時后冷卻到690-710°C保溫2_3小時，冷卻到140°C以下出爐；(2)盤卷表面處理對上述球狀化處理的盤卷依次進行開卷矯直、切削、拋光處理，使盤卷表面粗糙度Ra < O. 8 μ m ;(3)盤卷表面振光處理在連續(xù)拉拔機組上,采取3-5%的變形量、以15-20m/min的速度進行拋丸振光拉拔；(4)盤卷潤滑預處理對上述振光處理得到的盤卷進行脫脂、潤滑處理；(5)盤卷冷拔成型處理經過開卷預矯、冷拔和在線收集，得到六角形盤卷或棒材；所述冷拔過程中單道次冷變形量控制在30-40%，拉拔速度20-50m/min。根據(jù)本發(fā)明所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，較好的是，所述球狀化退火處理在強對流氮氫保護氣氛罩式爐中進行。優(yōu)選的是，步驟(I)所述冷卻是在帶冷卻罩下進行的。優(yōu)選的是，步驟(3)所述拋丸振光拉拔中，采用O. I O. 3mm的鑄鋼丸；所述拋丸電流設定為8 12A。在一個優(yōu)選的實施方案中，步驟⑷所述脫脂處理中溫度控制在40-50°C，脫脂時間為50-70分鐘。 優(yōu)選的是，步驟(4)所述潤滑處理中，在使用潤滑劑之前采用皮膜劑浸潰。進一步地,所述皮膜劑的浸潰溫度為65_85°C,浸潰時間5_10分鐘。進一步地，所述潤滑劑的浸潰溫度控制在75_85°C，浸潰時間為4_5分鐘。優(yōu)選的是，步驟(5)所述冷拔中使用的模具其表面光潔度達到鏡面要求。本發(fā)明設計的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材，具有如下特點(I)供貨狀態(tài)是以冷拉棒材或盤卷形式交貨；(2)其主要性能要求脫碳層< O. 02mm,硬度指標< 260 300HBW ；(3)表面質量鋼材表面無缺陷。本發(fā)明制造方法的主要包括盤卷球狀化退火處理、盤卷表面處理，盤卷表面振光處理、盤卷潤滑處理、盤卷冷拔成型處理等五個步驟。I、盤卷球狀化退火處理熱軋盤卷進行球狀化退火，恢復塑性；由于熱軋的S2鋼種盤卷組織為片狀的珠光體組織，其塑性極差，不能適應拉拔塑性變形，因此，熱軋后的盤卷采取球狀化退火處理，獲得球狀的珠光體組織，恢復塑性，便于進行冷拉塑性變形。2、盤卷表面處理表面機械切削去除熱軋表面缺陷、表面脫碳；熱軋球狀化處理盤卷，通常表面存在擦傷、裂紋、氧化皮、脫碳等缺陷，為了保證后續(xù)拉拔成品表面無缺陷，無脫碳，必須采取良好的表面處理，獲得良好的盤卷表面，再可進入下道工序處理。盤卷表面處理流程如下盤卷一開卷矯直一切削一砂帶拋光一收卷3、盤卷表面振光處理在連續(xù)拉拔機組上，采取一定的變形量以拋丸振光法進行歸圓；在帶有拋丸機的連續(xù)拉拔機組上，采取3 5%的變形量以一定的速度進行拋丸振光拉拔，消除表面處理的切削印痕。4、盤卷潤滑預處理表面脫脂、潤滑處理達到表面冷拔生產的表面要求；盡可能減小拉拔過程中的摩擦系數(shù)，以降低拉拔時的變形抗力。由于S2表面振光處理后，表面無缺陷，非常光潔，不適宜進一步冷拔生產，因此，冷拉成品變形前進行專門的離線表面潤滑處理，即先進行脫脂來去除振光時的殘留液，再進行潤滑處理。表面潤滑處理流程如下脫脂一沖洗一上皮膜劑一沖洗一上潤滑劑一吹干5、盤卷冷拔成型處理在連續(xù)拉拔機上，采用30-40%的變形量，將圓型的盤卷生產成六角形鋼盤卷或棒料。經過表面潤滑處理后的盤卷，在連續(xù)拉拔機上進行冷拔生產，冷拔后的形狀由圓變成六角形的盤卷或棒材，主要生產步驟如下盤卷(圓)一開卷和預矯一拉拔(六角)一在線(彎卷)收集·
由于S2鋼種連續(xù)拉拔的難度非常大，因此，在拉拔過程中，冷變形量、模具的安裝和變形速度控制的十分重要，采用適當變形量的冷拉生產方式有利于連續(xù)拉拔的順利進行。(I)在冷拔生產中，根據(jù)對S2退火盤卷的塑性指標檢測分析，單道次最大的冷變形量理論上可以達到50-60%。但實際生產中，由于受到成分和退火質量、表面缺陷以及成品交貨硬度性能等因素的制約，實際生產中，單道次冷變形量控制范圍在30-40%之間，可以確保拉拔順利和拉拔過程中不發(fā)生斷裂，達到成品交貨硬度的要求。(2)模具的要求冷拔六角鋼所使用的模具內表面質量要求無砂眼、劃傷、凹坑、環(huán)形溝槽等缺陷，用金剛砂研磨膏進行精拋。優(yōu)選的是，模具其表面光潔度達到鏡面要求。(3)拉拔速度和(彎卷)收集參數(shù)控制S2鋼種冷拉由圓形冷拉成六角形鋼采用拉拔速度控制在不超過50m/min。同時，通過調整模具的水平軸(X軸)和垂直軸(Y軸)的角度，保持經冷拉后六角平面向上；以盤卷供貨的通過預矯、冷拉變形、彎卷收集進行，彎曲后的盤卷外徑在1000-1200mm,內徑在800-1000mm,符合盤卷收卷的生產工藝要求。以棒材生產的通過預矯、冷拉變形、剪切定尺、精矯、收集方法進行最終的成型加工。剪切模安裝規(guī)格是以成品最大尺寸+0. 5mm，確保端部無平整，無剪切壓痕；成品在線矯直使用水平軸(X軸)和垂直軸(Y軸)雙向矯直，直線度< lmm/m。利用冷拉后材料產生的加工硬化，適當?shù)淖冃瘟窟_到所需的硬度，有利于S2生產中剛度的要求，HBff為260-300。本發(fā)明還提供了上述制造方法制得的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材，所述冷拔材的脫碳層< O. 02mm，硬度指標< 260 300HBW。本發(fā)明的有益效果是I、通過盤卷球狀化處理、盤卷表面處理，盤卷表面振光處理、盤卷潤滑處理、盤卷冷拔成型處理五部分的生產方式，使六角形工具用鋼S2鋼種達到了表面質量無缺陷，成品表面無脫碳的高質量原材料要求。2、通過冷加工工藝的實施，解決了用戶下料中的粘刀，剪切頭子存馬蹄形缺陷；保證了淬火、回火后表面硬度與扭矩的高質量綜合性能指標要求，表面質量達到了無缺陷，滿足了工具制作行業(yè)高品質工具的原材料質量要求。其質量和性能完全滿足國內外用戶的使用要求。


圖I是連續(xù)拉拔機冷拉盤卷成型簡圖。
圖I中，I-放線，2-預矯直；3-拋丸、4-冷拉變形；5-矯直；6-彎曲收卷收集。圖2是盤卷冷拉六角棒材成品簡圖。圖2中，I’-預矯直；2’_冷拉變形；3’_定尺切斷；4’_成品矯直；5’_棒材收集。
具體實施例方式I、盤卷球狀化處理盤卷球狀化處理的主要工藝要點如下盤卷在強對流氮氫保護氣氛罩式爐進行退 火的，罩式爐的有效尺寸是直徑3000mm高度3700mm ;保護氣類型N2露點彡-60°C ;氮氫混合氣露點彡-60°C ;含氧量(5ppm;最大裝爐量13噸。球狀化退火的控制要求為隨爐升溫到780-800 °C，保溫4_6小時后冷卻到690-71 (TC保溫2-3小時，帶冷卻罩冷卻到140°C或以下溫度出爐。2、盤卷表面處理盤卷表面處理流程如下盤卷一開卷矯直一切削一砂帶拋光一收卷主要工藝要點設定進給速度15-25m/min，刀盤轉速控制在2600-3100RPM 1、2、3號拋光機轉速(230-250RPM(無級可調)，用80#砂帶拋光后，表面粗糙度Ra < O. 8 μ m。3、盤卷表面振光處理在帶有拋丸機的連續(xù)拉拔機組上，采取3 5%的變形量以一定的速度進行拋丸振光拉拔，消除表面處理的切削印痕。主要工藝要點采用O. I O. 3mm鑄鋼丸，拋丸電流設定為8 12A，拋丸口設定半開狀態(tài)，投射速度中拉拔速度15_20m/min。4、盤卷潤滑處理表面潤滑處理流程如下脫脂一沖洗一上皮膜劑一沖洗一上潤滑劑一吹干主要工藝要點如下I)脫脂工藝脫脂目的振光處理時的殘留液；成分控制濃度為15-20 %脫脂劑；溫度和時間溫度控制40_50°C，時間50-70分鐘。2)上皮膜劑和潤滑劑工藝D3-D35皮膜劑溶液的控制總酸度(TA) :35_40，游離酸度(FA) 5. 6-7. O皮膜劑浸潰溫度和時間溫度65_85°C浸潰時間5-10min潤滑劑溶液的控制LS_2型號潤滑液溶度5-7 %，溶液pH值為8_9 ；潤滑劑浸潰溫度和時間潤滑劑溫度控制在75_85°C，浸潰時間4_5分鐘。5、盤卷冷拔成型處理經過表面潤滑處理后的盤卷，在連續(xù)拉拔機上進行冷拔生產，冷拔后的形狀由圓變成六角形的盤卷或棒材，主要生產步驟如下
盤卷(圓)一開卷和預矯一拉拔(六角)—在線(彎卷)收集具體生產控制要點如下I)冷拉生產根據(jù)對S2退火盤卷的塑性指標檢測分析，單道次最大的冷變形量理論上可以達到50-60%。但實際生產中，由于受到成分和退火質量、表面缺陷以及成品交貨硬度性能等因素的制約，實際生產中，單道次冷變形量控制范圍在30-40 %之間，可以確保拉拔順利和拉拔過程中不發(fā)生斷裂，達到成品交貨硬度的要求。2)模具要求冷拔六角鋼所使用的模具內表面質量要求無砂眼、劃傷、凹坑、環(huán) 形溝槽等缺陷，用金剛砂研磨膏進行精拋，其表面光潔度達到鏡面要求。冷拉用模具的幾何尺寸入口角60°、潤滑錐36°、工作錐24°、定徑帶3 5_、出口錐60° ;冷拉用模具的材質YG8六角面的平整度彡O. 01_。3)拉拔速度和(彎卷)收集參數(shù)控制S2鋼種冷拉由圓形冷拉成六角形鋼采用拉拔速度控制在不超過50m/min。同時，通過調整模具的水平軸(X軸)和垂直軸(Y軸)的角度，保持經冷拉后六角平面向上；以盤卷供貨的通過預矯、冷拉變形、彎卷收集進行，彎曲后的盤卷外徑在1000-1200mm，內徑在800-1000mm,符合盤卷收卷的生產工藝要求。以棒材生產的通過預矯、冷拉變形、剪切定尺、精矯、收集方法進行最終的成型加工。剪切模安裝規(guī)格是以成品最大尺寸+0. 5mm，確保端部無平整，無剪切壓痕；成品在線矯直使用水平軸(X軸)和垂直軸(Y軸)雙向矯直，直線度< lmm/m。利用冷拉后材料產生的加工硬化，適當?shù)淖冃瘟窟_到所需的硬度，有利于S2生產中剛度的要求，HBff為260-300。S2冷拔六角鋼的生產生產編號1K04536爐號154_1622 ;化學成分見下表I。表I S2鋼的化學成分
元素 I-C ~SiMnCrMo Γ~ν
含量 ％ 066 ΤΤθ 053 0 26 0 46 O. 17坯料的制備盤卷球狀化處理一盤卷表面處理一盤卷表面振光處理一盤卷潤滑處理一盤卷冷拔成型處理。S2冷加工生產工藝實施例IΦ8. 5球狀化處理(裝爐量11.5噸，隨爐升溫到780_7901，保溫5小時，彡201隨爐控冷690-700°C，保溫2小時后，控冷至140°C —盤卷表面處理Φ8. I (進給速度15_20m/min,刀盤轉速控制在2600-2700RPM 1、2、3號拋光機轉速設定240RPM)—盤卷表面振光處理(O. I鑄鋼丸，拋丸電流設定為8 10A，拋丸口設定半開狀態(tài)，投射速度中，拉拔速度15-20m/min，收卷為Φ7.9πιπι)—盤卷潤滑處理(濃度為15-20%脫脂劑，溫度控制40-50°C，時間50-70分鐘，上D3-D35皮膜劑，總酸度(TA) :40，游離酸度(FA) :6.0，溫度75°C，浸潰時間8min ;上潤滑劑LS-2液溶度6 %，溫度控制在80_85°C，浸潰時間4_5分鐘。)一盤卷冷拔成型處理S6. 35mm (圖I盤卷，圖2棒材,速度30m/min)。冷拉成型后的棒材性能硬度為HRB 290，280脫碳0 ;均符合交貨標準要求。實施例2Φ8. 5球狀化處理(裝爐量13噸，隨爐升溫到790-800°C，保溫6小時，(20°C隨爐控冷700-710°C，保溫3小時后，控冷至120°C出爐)一盤卷表面處理Φ8. 3(進給速度19-20m/min，刀盤轉速控制在2690-2700RPM 1、2、3號拋光機轉速設定250RPM)，其他同實施例I。 冷拉成型后的棒材性能硬度為HRB 290,300脫碳0 ;均符合交貨標準要求。實施例3Φ8. 5球狀化處理(裝爐量8噸，隨爐升溫到790-800°C，保溫4小時后冷卻到690°C保溫2小時，帶冷卻罩冷卻到140°C出爐)一盤卷表面處理Φ8. 2(進給速度20m/min，刀盤轉速控制在2690RPM 1、2、3號拋光機轉速設定240RPM)—盤卷表面振光處理(O. 3鑄鋼丸，拋丸電流設定為8 9A，拋丸口設定半開狀態(tài)，投射速度中，拉拔速度18-20m/min,收卷為Φ8. Omm)—其他同實施例I。冷拉成型后的棒材性能硬度為HRB 290,290脫碳0 ;均符合交貨標準要求。通過S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的冷拔材生產，其生產過程流暢，適合大批
量生產的需要。
權利要求
1.一種S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，包括退火處理和冷拉成型工藝，其特征在于該方法的主要步驟是 (1)盤卷球狀化退火處理熱軋后的盤卷進行球狀化退火處理，所述退火的控制要求為隨爐升溫到780-800°C，保溫4-6小時后冷卻到690_710°C保溫2_3小時，冷卻到140°C以下出爐； (2)盤卷表面處理對上述球狀化處理的盤卷依次進行開卷矯直、切削、拋光處理，使盤卷表面粗糙度Ra < O. 8 μ m ; (3)盤卷表面振光處理在連續(xù)拉拔機組上，采取3-5%的變形量、以15-20m/min的速度進行拋丸振光拉拔； (4)盤卷潤滑預處理對上述振光處理得到的盤卷進行脫脂、潤滑處理； (5)盤卷冷拔成型處理經過開卷預矯、冷拔和在線收集，得到六角形盤卷或棒材；所述冷拔過程中單道次冷變形量控制在30-40%，拉拔速度20-50m/min。
2.根據(jù)權利要求I所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于所述球狀化退火處理在強對流氮氫保護氣氛罩式爐中進行。
3.根據(jù)權利要求I所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步驟(I)所述冷卻是在帶冷卻罩下進行的。
4.根據(jù)權利要求I所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步驟(3)所述拋丸振光拉拔中，采用O. I O. 3mm的鑄鋼丸；所述拋丸電流設定為8 12A。
5.根據(jù)權利要求I所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步驟(4)所述脫脂處理中溫度控制在40-50°C，脫脂時間為50-70分鐘。
6.根據(jù)權利要求I所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步驟(4)所述潤滑處理中，在使用潤滑劑之前采用皮膜劑浸潰。
7.根據(jù)權利要求6所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于所述皮膜劑的浸潰溫度為65-85°C,浸潰時間5-10分鐘。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于所述潤滑劑的浸潰溫度控制在75-85°C，浸潰時間為4-5分鐘。
9.根據(jù)權利要求I所述的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，其特征在于步驟(5)所述冷拔中使用的模具其表面光潔度達到鏡面要求。
10.權利要求I所述制造方法制得的S2工具鋼的高性能六角形冷拔材，其特征在于所述冷拔材的脫碳層< O. 02mm，硬度指標< 260 300HBW。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種S2工具鋼的高性能六角形冷拔材的制造方法，該方法主要包括盤卷球狀化退火處理、盤卷表面處理、盤卷表面振光處理、盤卷潤滑預處理和盤卷冷拔成型處理步驟。通過對退火處理中的溫度、時間參數(shù)，振光處理中的變形量、拉拔速度等參數(shù)，冷拔成型中的變形量、拉拔速度等參數(shù)進行調整優(yōu)化，得到了脫碳層≤0.02mm，硬度指標≤260～300HBW，鋼材表面無缺陷的S2工具鋼六角形冷拔材。
文檔編號B21C1/20GK102950445SQ20111024318
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者湯飛, 施惠琴 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司