一种利用双相钢材料进行加工牙条及螺栓螺母的方法 【技术领域】
本发明涉及一种利用双相钢材料进行加工牙条及螺栓螺母的方法。背景技术 双相钢指的是双相不锈钢。双相不锈钢 (Duplex Stainless Steel， 简称 DSS)， 指 铁素体与奥氏体各约占 50％， ， 一般较少相的含量最少也需要达到 30％的不锈钢。双相不 锈钢从 20 世纪 40 年代在美国诞生以来， 已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可 达 400-550MPa， 使普通不锈钢的 2 倍， 因此可以节约用材， 降低设备制造成本。在抗腐蚀方 面， 特别是介质环境比较恶劣 ( 如海水， 氯离子含量较高 ) 的条件下， 双相不锈钢的抗点蚀、 缝隙腐蚀、 应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢， 可以与高合金奥氏体 不锈钢媲美。 双相不锈钢具有良好的焊接性能， 与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比， 它既 不像铁素体不锈钢的焊接热影响区， 由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低， 也不像奥氏 体不锈钢那样， 对焊接热裂纹比较敏感。 双相不锈钢由于其特殊的优点， 广泛应用于石油化 工设备、 海水与废水处理设备、 输油输气管线、 造纸机械等工业领域， 近年来也被研究用于 桥梁承重结构领域， 具有很好的发展前景。
双相不锈钢有以下性能特点 ：
(1) 含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。 一般 18-8 型奥 氏体不锈钢在 60℃以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂， 在微量氯化物及硫化氢 工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、 蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾 向， 而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。
(2) 含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。 在具有相同的孔蚀抗力当量值 (PRE ＝ Cr％ +3.3Mo％ +16N％ ) 时， 双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢 与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与 AISI 316L 相当。 含 25％ Cr 的， 尤其是含氮的高铬双相不锈 钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了 AISI 316L。
(3) 具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。 在某些腐蚀介质的条件下， 适用于制 作泵、 阀等动力设备。
(4) 综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度， 屈服强度是 18-8 型奥氏体不锈 钢的 2 倍。固溶态的延伸率达到 25％， 韧性值 AK(V 型槽口 ) 在 100J 以上。
(5) 可焊性良好， 热裂倾向小， 一般焊前不需预热， 焊后不需热处理， 可与 18-8 型 奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。
(6) 含低铬 (18％ Cr) 的双相不锈钢热加工温度范围比 18-8 型奥氏体不锈钢宽， 抗力小， 可不经过锻造， 直接轧制开坯生产钢板。含高铬 (25％ Cr) 的双相不锈钢热加工比 奥氏体不锈钢略显困难， 可以生产板、 管和丝等产品。
(7) 冷加工时比 18-8 型奥氏体不锈钢加工硬化效应大， 在管、 板承受变形初期， 需 施加较大应力才能变形。
(8) 与奥氏体不锈钢相比， 导热系数大， 线膨胀系数小， 适合用作设备的衬里和生
产复合板。也适合制作热交换器的管芯， 换热效率比奥氏体不锈钢高。
通过前面所述， 即可得知双相不锈钢是一种比传统普通钢材更具优势的钢材。然 而， 在螺栓、 螺母、 实心或空心牙条等应用范围十分广泛的零部件的加工生产行业中， 几乎 没有人采用双相不锈钢进行这方面的生产加工。 从而使得这类零部件在一些介质环境比较 恶劣 ( 如海水， 氯离子含量较高 ) 的条件下， 其使用寿命、 抗拉力、 耐腐性方面根本无法达到 应有的使用要求。 发明内容
本发明的目的在于提供一种具高抗拉力、 耐腐性强、 使用寿命长， 能有效满足牙 条、 螺栓、 螺母在一些介质环境比较恶劣条件下应用需要的利用双相钢进行加工牙条、 螺 栓、 螺母的方法。
本发明加工牙条的技术方案是这样的 ： 一种利用双相钢材料进行加工牙条的方 法， 其特点在于包括如下方法步骤 ：
(1) 对选用到的双相钢材料进行退火处理 ： 将双相钢材料放入炉内温度为 730℃ 的退火炉中， 升温至 770℃， 保温 12 小时 ； 然后将炉内温度以 20℃～ 30℃ / 小时的速度缓 慢冷却到 650℃以下， 出炉空冷 ； (2) 二次软化处理 ： 将步骤 (1) 中得到的钢材再次放入退火炉中， 将炉内温度升至 670℃， 保温 10 小时 ； 然后出炉空冷， 最后得到所需的钢材 ；
(3) 采用滚压设备对步骤 (2) 得到的钢材进行滚牙处理， 得所需的牙条工件 ；
(4) 对步骤 (3) 得到的牙条工件进行淬火处理 ： 将牙条放入淬火设备中， 加温至 800℃， 然后采用水急冷或油急冷 ； 接着回火处理 ： 回火温度控制 500℃～ 650℃之间， 然后 让牙条工件在炉内冷却， 最后得到所需的牙条工件 ；
(5) 对步骤 (4) 得到的牙条工件进行酸洗处理 ： 将牙条工件放入浓度为 65％的氢 氟酸中清洗浸泡 5 个小时， 最后得到所需的表面洁净、 高拉力的牙条。
本发明加工螺栓螺母的技术方案是这样的 ： 一种利用双相钢材料进行加螺栓螺母 的方法， 其特征在于包括如下方法步骤 ：
(1) 对选用到的双相钢材料进行退火处理 ： 将双相钢材料放入炉内温度为 730℃ 的退火炉中， 升温至 770℃， 保温 12 小时 ； 然后将炉内温度以 20℃～ 30℃ / 小时的速度缓 慢冷却到 650℃以下， 出炉空冷 ；
(2) 二次软化处理 ： 将步骤 (1) 中得到的钢材再次放入退火炉中， 将炉内温度升至 670℃， 保温 10 小时 ； 然后出炉空冷， 最后得到所需的钢材 ；
(3) 采用滚压设备对步骤 (2) 得到的钢材， 利用抽丝设备根据所需的丝径作抽丝 处理， 得到符合要求的工件 ；
(4) 对步骤 (3) 得到的工件进行退火处理 ： 将工件放入炉内温度为 730℃的退火炉 中， 升温至 770℃， 保温 12 小时 ； 然后将炉内温度以 20℃～ 30℃ / 小时的速度缓慢冷却到 650℃以下， 出炉空冷， 得到所需的工件 ；
(5) 再次软化处理 ： 将步骤 (4) 中得到的工件再次放入退火炉中， 将炉内温度升至 670℃， 保温 10 小时 ； 然后出炉空冷， 得到所需的工件 ；
(6) 将步骤 (5) 中得到的工件进行打头辗牙处理， 完成螺栓、 螺母的外形， 并进行
螺纹牙形的塑造， 得到所需的螺栓、 螺母工件 ；
(7) 对步骤 (6) 得到的螺栓、 螺母工件进行淬火处理 ： 将螺栓、 螺母工件放入淬火 设备中， 加温至 800 ℃， 然后采用水急冷或油急冷 ； 接着回火处理 ： 回火温度控制 500 ℃～ 650℃之间， 然后让牙条工件在炉内冷却， 最后得到所需的螺栓、 螺母工件 ；
(8) 对步骤 (7) 得到的螺栓、 螺母工件进行酸洗处理 ： 将牙条工件放入浓度为 65％ 的氢氟酸中清洗浸泡 5 个小时， 最后得到所需的表面洁净、 高拉力的螺栓、 螺母。
本发明获得的技术效果 ： 具高抗拉力、 耐腐性强、 使用寿命长， 能有效满足牙条、 螺 栓、 螺母在一些介质环境比较恶劣条件下应用需要。测得机械性能分别如下 ：
1、 实心或空心的高拉力牙条 ： 采用 1.4362(S32304) 双相钢圆材 ( 包括盘元， 圆棒 或无逢管 ) 以控制回火温度能达到以下机械性能 ：
(1) 回火温度控制在 500℃～ 540℃之间 ： 获得级别是 70 级， 屈服强度 (Rp0.2) ＞ 420MPa， 抗拉强度 (Rm) ＞ 700MPa 和伸长量＞ 0.4d( 螺栓或牙条的直径 )。
(2) 回火温度控制在 550 ～ 590 ℃之间 ： 获得级别是 80 级， 屈服强度 (Rp0.2) ＞ 600MPa， 抗拉强度 (Rm) ＞ 800MPa 和伸长量＞ 0.3d( 螺栓或牙条的直径 )。
(3) 回火温度控制在 600 ～ 650℃之间 ： 获得级别是 100 级， 屈服强度 (Rp0.2) ＞ 900MPa， 抗拉强度 (Rm) ＞ 1000MPa 和伸长量＞ 0.2d( 螺栓或牙条的直径 )。
2、 高拉力的螺栓 ： 采用 1.4362(S32304) 双相钢圆材 ( 包括盘元， 圆棒 ) 以控制回 火温度能达到以下机械性能 ：
(1) 回火温度控制在 500℃～ 540℃之间 ： 获得级别是 70 级， 屈服强度 (Rp0.2) ＞ 420MPa， 抗拉强度 (Rm) ＞ 700MPa 和伸长量＞ 0.4d( 螺栓或牙条的直径 )。
(2) 回火温度控制在 550 ～ 590 ℃之间 ： 获得级别是 80 级， 屈服强度 (Rp0.2) ＞ 600MPa， 抗拉强度 (Rm) ＞ 800MPa 和伸长量＞ 0.3d( 螺栓或牙条的直径 )。
(3) 回火温度控制在 600 ～ 650℃之间 ： 获得级别是 100 级， 屈服强度 (Rp0.2) ＞ 900MPa， 抗拉强度 (Rm) ＞ 1000MPa 和伸长量＞ 0.2d( 螺栓或牙条的直径 )。
3、 高拉力的螺母 ： 采用 1.4362(S32304) 双相钢圆材 ( 包括无逢管 ) 以控制回火温 度能达到以下机械性能 ：
(1) 回火温度控制在 500℃～ 540℃之间 ： 获得级别是 70 级， 螺母尺寸 m ≥ 0.8d， 保证强度＞ 700MPa。
(2) 回火温度控制在 550 ～ 590℃之间 ： 获得级别是 80 级， 螺母尺寸 m ≥ 0.8d， 保 证强度＞ 800MPa。
(3) 回火温度控制在 600 ～ 650℃之间 ： 获得级别是 100 级， 螺母尺寸 m ≥ 0.8d， 保证强度＞ 1000MPa。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明 ： 具体实施方式
实施方式一 ：
本发明的利用双相钢材料 【选用 1.4362(S32304) 配方的双相钢】 进行加实心或空 心工牙条的方法， 其方法步骤如下 ：
(1) 对 选 用 到 的 双 相 钢 材 料 【因 为 是 加 工 牙 条， 所以一般选用选用1.4362(S32304) 配方的实心或空心双相钢圆棒 ； 实心的双相钢圆棒加工出来的一般实心 的牙条 ； 空心的双相钢圆棒加工出来的一般空心的牙条。 】 进行退火处理 ： 将双相钢材料放 入炉内温度为 730 ℃的退火炉中， 升温至 770 ℃， 保温 12 小时 ； 然后将炉内温度以 20 ℃～ 30℃ / 小时的速度缓慢冷却到 650℃以下， 出炉空冷 ；
(2) 二次软化处理 ： 将步骤 (1) 中得到的钢材再次放入退火炉中， 将炉内温度升至 670℃， 保温 10 小时 ； 然后出炉空冷， 最后得到所需的钢材 ；
(3) 采用滚压设备对步骤 (2) 得到的钢材进行滚牙处理， 得所需的牙条工件 ； 所用 的滚压设备， 可以是较高压强和较硬的滚压牙辆 ( ＞ 280HB)， 便能滚压出比一般不锈钢有 较高抗拉能力的牙条。滚压法加工螺纹的实质是用淬硬的螺纹滚压工具 ( 滚压牙辆 ) 与坯 料 (1.4362 双相钢圆棒 ) 间相对挤压， 使坯料发生塑性变形， 从而形成牙纹或者螺纹。
(4) 对步骤 (3) 得到的牙条工件进行淬火处理 ： 将牙条放入淬火设备中， 加温至 800℃， 然后采用水急冷或油急冷 ； 接着回火处理 ： 回火温度控制 500℃～ 650℃之间， 然后 让牙条工件在炉内冷却， 最后得到所需的牙条工件 ；
(5) 对步骤 (4) 得到的牙条工件进行酸洗处理 ： 将牙条工件放入浓度为 65％的氢 氟酸中清洗浸泡 5 个小时， 最后得到所需的表面洁净、 高拉力的牙条。 实施方式二 ：
本发明的利用双相钢材料 【选用 1.4362(S32304) 配方的双相钢】 进行加螺栓螺母 的方法， 其方法步骤如下 ：
(1) 对选用到的双相钢材料 【一般选用实心的双相钢圆棒加工螺栓， 选用空心的双 相钢圆棒加工螺母 ； 当然也可以选用原始的双相钢盘元、 盘条或无逢圆管进行加。 】 进行退 火处理 ： 将双相钢材料放入炉内温度为 730℃的退火炉中， 升温至 770℃， 保温 12 小时 ； 然 后将炉内温度以 20℃～ 30℃ / 小时的速度缓慢冷却到 650℃以下， 出炉空冷 ；
(2) 二次软化处理 ： 将步骤 (1) 中得到的钢材再次放入退火炉中， 将炉内温度升 至 670℃， 保温 10 小时 ； 然后出炉空冷， 最后得到所需的钢材 ； 在这里， 采取二次软化退火处 理， 使双相钢的冷拉退火硬度再降低 15％。
(3) 采用滚压设备对步骤 (2) 得到的钢材， 利用抽丝设备根据所需的丝径作抽丝 处理， 得到符合要求的工件 ；
(4) 对步骤 (3) 得到的工件进行退火处理 ： 将工件放入炉内温度为 730℃的退火炉 中， 升温至 770℃， 保温 12 小时 ； 然后将炉内温度以 20℃～ 30℃ / 小时的速度缓慢冷却到 650℃以下， 出炉空冷， 得到所需的工件 ；
(5) 再次软化处理 ： 将步骤 (4) 中得到的工件再次放入退火炉中， 将炉内温度升至 670℃， 保温 10 小时 ； 然后出炉空冷， 得到所需的工件 ； ( 因抽丝后， 其本身物理性能加强， 硬 度提高， 所以须再次退火。)
(6) 将步骤 (5) 中得到的工件进行打头辗牙处理， 完成螺栓、 螺母的外形， 并进行 螺纹牙形的塑造， 得到所需的螺栓、 螺母工件 ；
(7) 对步骤 (6) 得到的螺栓、 螺母工件进行淬火处理 ： 将螺栓、 螺母工件放入淬火 设备中， 加温至 800 ℃， 然后采用水急冷或油急冷 ； 接着回火处理 ： 回火温度控制 500 ℃～ 650℃之间， 然后让牙条工件在炉内冷却， 最后得到所需的螺栓、 螺母工件 ；
(8) 对步骤 (7) 得到的螺栓、 螺母工件进行酸洗处理 ： 将牙条工件放入浓度为 65％
的氢氟酸中清洗浸泡 5 个小时， 最后得到所需的表面洁净、 高拉力的螺栓、 螺母。7