无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法.pdf

本发明涉及冶金类，特别涉及一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，该制造方法主要包括无磁不锈钢棒钢锭的冶炼制造过程、钢棒的锻造轧制冷拔过程、钢棒的热处理及机加工过程，其中在无磁不锈钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在炼钢的氧化期和还原期需加入稀土高位复合脱氧剂，在钢棒的热处理及机加工过程中，采用多导辊引导和支撑钢棒，使其平移进给，切削刀旋转切削的方法进行剥皮和研磨抛光的加工，其优点是，产品质量好、成本低，制造方法简单易行，设备简单，投资少。

1、  一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，主要包括无磁不锈钢棒钢锭的冶炼制造、钢棒的锻造、钢棒的热处理及机加工，其特征在于钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在炼钢的氧化期和还原期分别加入稀土高位复合脱氧剂，该复合脱氧剂的组成是：C≤0.5％、Mn 18-22％、Si 8-12％、Al 4-5％、Ca 3-5％、其余为Fe。

2、  根据权利要求1所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在炼钢的氧化期和还原期内加入的稀土高位复合脱氧剂，其组成是：C≤0.45％、Mn 20％、Si 9％、Al 4.5％、Ca 4％、其余为Fe。

3、  根据权利要求1所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在合金化时期，向炉料中加N时，所加入的是氮化物质，方法是将氮化物质装入小铁箱内，利用小铁箱自重将氮化物质沉入炉底。

4、  根据权利要求1或3所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于所述的氮化物质为氮化铬铁或氮化锰铁。

5、  根据权利要求1所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在浇注后，需加盖稀土自燃发热冒口，其成分为：铝粉14-16％、硅铁粉18-22％、硅钙粉14-16％、氧化锰14-16％、氧化铁19-21％、碳粉9-11％、其余成分为铝钒土。

6、  根据权利要求1或5所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在浇注后所加盖的稀土自燃发热冒口，其成分为：铝粉5％、硅铁粉15％、硅钙粉10％、氧化锰10％、氧化铁15％、炭粉10％、其余成分为铝钒土。

7、  根据权利要求1所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒的锻造过程中，其冷作变形量为10-12％。

8、  根据权利要求1所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒的热处理及机加工过程中，剥皮加工时采用多导轮引导和支撑钢棒，使其平移进给，并采用切削刀旋转切削的方法进行剥皮加工。

9、  根据权利要求1所述的一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，其特征在于在钢棒的热处理及机加工过程中，研磨抛光处理时采用多导轮引导和支撑钢棒，使其平移进给，由定位轮与砂轮通过定位角向前推进，实现研磨。

无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法
技术领域
本发明涉及冶金类，特别涉及一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法。
背景技术
无磁不锈钢材料的生产在国际和国内均没有标准，采用一般不锈钢工艺、方法生产不出该种材料，随着现代科学技术的发展，电力机组功率也越来越大，转速也越来越高。为了减少涡流损失，国内外电力行业都迫切需要一种抗磁化新材料来代替原有产品。
穿心螺杆用于汽轮发电机转子固定矽钢片的构架，如果用普通不锈钢或低磁钢材料制作，当转子旋转时会产生涡流，而消耗功率，所以穿心螺杆材料必须是无磁的，最好是超级无磁。
无磁不锈钢穿心螺杆的生产存在二大难题，其一是要求无磁，对材质要求特别高，必须是高纯净度、高均质、超细晶粒、高氮(N)纯奥氏体；其二是细长型螺杆的加工，如60万千瓦汽轮发电机组无磁不锈钢穿心螺杆，φ31.75×7015其技术指标要求强度σ_b≥760Mpa，磁导率μ≤1.02，粗糙度Ra≤3.2μm，利用市场上现有的不锈钢材料都无法满足其要求。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种无磁不锈钢穿心螺杆的制造方法，该制造方法将高锰Mn、高铬Cr和高氮N材料有机组合，同时使其钢水超纯净化、高均质、超细晶粒、高氮(N)纯奥氏体化，同时在最后的机械加工中，采用多导辊引导和支撑，由刀子旋转即旋风切削加上无蕊研磨，从根本上解决了柔性细长轴银亮处理的难题。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
本发明涉及的制造方法主要包括无磁不锈钢棒钢锭的冶炼制造过程、钢棒的锻造轧制冷拔过程、钢棒的热处理及机加工过程，其特征在于在无磁不锈钢棒钢锭的冶炼制造过程中，在炼钢的氧化期和还原期需加入稀土高位复合脱氧剂，该复合脱氧剂地组成是：C≤0.5％、Mn18-22％、Si8-12％、Al4-5％、Ca3-5％、其余为Fe；在炼钢的合金化过程中，向炉料中加N时，所加入的是氮化物质，其方法是将氮化物质装入小铁箱内，利用小铁箱自重将氮化物质沉入炉底；在浇注后，加盖稀土自燃发热冒口，其成分为：铝粉14-16％、硅铁粉18-22％、硅钙粉14-16％、氧化锰14-16％、氧化铁19-21％、碳粉9-11％、其余成分为铝钒土。
钢棒的锻造轧制冷拔过程中，将钢锭温锻和冷拔、冷作变形，锻造成钢棒。其中的加热温度为1120℃-1140℃，保温时间为1.5-2.5小时，并采用锻造比≥5.5-7进行温锻冷作变形处理，其冷作变形量一般控制在10-12％，控制在12％为最好。
在钢棒的热处理及机加工过程中，热处理后采用多导辊引导和支撑钢棒，使其平移进给，切削刀旋转切削的方法进行剥皮和研磨抛光的加工。
此处的钢棒为无磁不锈钢穿心螺杆。
本发明的优点是，产品质量好、成本低，制造方法简单易行，设备简单，投资少。
附图1为多道轮剥皮机床示意图；
附图2为多道轮研磨机床示意图；
附图3为工件放置在导辊上的端面示意图；
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例：
如图1-3所示，图中序号1-19分别表示：导辊(1)、传送带(2)、导套(3)、十字轴辊(4)、切削刀(5)、刀架(6)、出料台(7)、床机箱(8)、导向组(9)、送料台(10)、穿心螺杆钢棒(11)、进料托辊组(12)、粗磨轮组(13)、细磨轮组(14)、工件槽(15)、出料托辊组(16)、细磨定位轮组(17)、粗磨定位轮组(18)、被研磨工件(19)。
本实施例的制造方法主要包括无磁不锈钢棒钢锭的冶炼制造过程、钢棒的锻造轧制冷拔过程、钢棒的热处理及机加工过程三个过程。
在钢棒钢锭的冶炼制造过程包括：精选炉料→炉料清洗处理→烘干除杂质、除水蒸气→炉膛、包子净化处理→装炉→熔炼→氧化→加稀土高位复合脱氧剂→排渣去除夹杂物→还原二次加稀土复合脱氧剂→排渣清除残余杂质→精炼→调整成分→自重沉箱加N→调整成分→出炉浇注→烘烤钢锭模→浇注→加盖自燃发热冒口→脱模→整修钢锭→全身打磨→切除冒口和锭底。在此过程中，要获得高强度、好材质的材料，更重要的是其磁导率低，磁导率μ≤1.02。
其中在炼钢氧化期和还原期，为使钢质纯净，加入稀土高位复合脱氧剂，使其形成的大颗粒夹杂物上浮为熔渣所吸收，该复合脱氧剂的组成是：C≤0.45％、Mn20％、Si9％、Al4.5％、Ca4％、其余为Fe。
在合金化过程中，通常需加N，一般是加氮气，而无磁不锈钢对气体非常敏感，所以不能用氮气，只能将氮变成化合物，即焙制成氮化铬铁或氮化锰铁，其形态为Fe-Cr-N或Fe-Mn-N，通常使用前者为多，这类化合物很轻，将会漂浮在钢液表面，很不均匀，为此采用自重沉箱加N，先将氮化铬铁或氮化锰铁装入小铁箱内，利用小铁箱自重将氮化铬铁或氮化锰铁沉入炉底，通过搅拌、倒包的工艺，达到高N、均匀，使含N量达到0.3-0.35％。氮化物加入之前应使钢液充分脱氧以保证高氮量的进入，否则钢液中[H][O]会排斥N的进入。
在出炉浇注后，加盖稀土自燃发热冒口，其成分为：铝粉5％、硅铁粉15％、硅钙粉10％、氧化锰10％、氧化铁15％、碳粉10％、其余成分为铝钒土，其作用是通过浇钢时高温自燃吸尽钢锭模中气体，又将钢锭封住与外界空气隔绝，不接触，避免钢锭冷却时，从大气中吸入气体，还可使钢锭保温缓冷均质化，另外钢液中含氮量高会产生逸出，加盖封闭后，可产生一定压力，使其再溶入。
钢棒的锻造轧制冷拔过程：加热至1050℃→保温5-6小时→预热铁镦→升温至1250℃，保温1-5小时，高温锻造成型→降温至650℃-750℃，温锻冷作变形、细化颗粒，提高强度，锻造成尺寸定型的钢棒。其中，高温锻造时，加大锻造比≥3.5，并采用锻造比K≥5.5-7进行变形处理，冷作变形量控制在12％。
钢棒的热处理及机加工过程包括：装炉→加热→保温→水急冷→精加工→校直→剥皮→固溶→冷拔→除应力→无芯研磨银亮处理→校直→切头→包装发运。在此过程中，因柔性细长轴普通车床无法加工，因此使用了改装设备，用多导辊引导和支撑工件即钢棒，使工件平移，使切削刀旋转切削，通过使用不同的切削刀具，完成工件的剥皮和研磨处理。
剥皮装置中，工件由导套(3)双定位，由十字轴辊(4)将工件(11)推进，进入刀架(6)后，切削刀(5)进行切削，送料台(10)与出料台(7)均由马达带动导辊(1)使工件即穿心螺杆钢棒(11)进出，导辊(1)采用的是锥形辊，工件(11)进入到由两个导辊构成的锥形槽中进给，本实施例中选择导辊转速1500-2000转/分，推进量8mm/秒，切削量为工件单面0.4-0.7mm，一般选用0.4-0.6mm，由于采用双导套进行双定位，偏心度在0.3mm，切削尺寸很稳定。
研磨装置中，包括有六道磨轮，前三道为粗磨，一般选用0、1、2号砂布，后三道为细磨，一般用00砂布，被研磨工件(19)以进料托辊组(12)进料，由砂轮组(13)(14)和定位轮(18)(17)结合进行研磨，工件(19)的前进是由定位轮与砂轮通过定位角向前推进，每只定位轮都可以上、下偏动，以控制研磨，水平时不前进，偏移后就向前推进，工件研磨后，由出料托辊(16)出料。
通常炼钢钢液中总是存在许多杂质、夹杂物，但是对无磁不锈钢因磁力线关系对夹杂物、气体非常敏感，夹杂物、气体越多，磁导率也就越差。所以对无磁而言，不允许有夹杂物和气体存在，因此在钢棒钢锭的冶炼制造过程中，首先要对炉子、包子进行净化处理，另外对合金、炉料除净化处理外，还要进行烘干，来减少杂质和气体。在钢水氧化期加入自行设计的稀土复合脱氧剂与氧、硫形成化合物钢渣，通过多次搅拌、耙渣，将钢液中杂质、夹杂物、气体排除干净，使钢水达到高纯净度、高均质。出钢前加N，N是很难加入的，要配制成CrN化合物，用铁箱自重沉淀法加N，并且倒包两次，使其均匀。在锻造时，应用多触点受力，尽量用胎模锻，防止由于高Mn、高Cr、高N而形成锻造开裂，另外进行温锻、低温锻造、使其冷作塑性变形，以达到细化晶粒提高强度作用。