液压缸筒用热处理双相钢管研究

D0I:10.13374/.j.issn1001-053x.1996.05.008 第18卷第5期 北京科技大学学报 Vo1.18No.5 1996年10 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1996 液压缸筒用热处理双相钢管研究 王四根冯惠平花礼先王绪黄漫 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要研究了液压缸筒用热处理双相钢管的力学性能和爆破性能.试验结果表明：热处理双相钢管 经精密冷拔后制作液压缸筒，强度高，韧性好，爆破压力也高，并且生产工艺简单，成本低.它可 代替调质钢管用作煤矿液压支柱油缸等液压缸筒， 关键词热处理双相钢，液压缸筒，冷拔无缝钢管 中图分类号TG162.84,TG142.33 传统的生产液压缸筒的方法，是采用镗孔一液压联合切削工艺.对于工作压力高的液压 缸筒（如煤矿单体液压支柱等）和强度要求高的其它管材（如地质管，汽车半轴管等），只能采 用中碳或合金调质钢（如45,40Cr,27SiMn等）.这些材质在机加工前，尚需进行调质热处理.因 此这种传统的生产方法，不仅生产率低，金属利用率不高（一般只有50%~70%），能耗大，废 品率高，并且难以生产出长径比大于50、壁厚小于5mm的细长、薄壁的液压缸筒.本文将 试验采用热处理双相冷拔无缝钢管制造液压缸筒新方法， 1 试验材料和方法 1.1试验材料和热处理工艺 试验采用10号钢和16Mn钢.试验用钢在100t碱性平炉中冶炼并浇注成钢锭，经开坯， 穿孔后，热轧成小114mm×10mm无缝钢管.其化学成分如表1所示. 表1试验用钢的化学成分（质量分数） % 钢号 C Mn Si P Cr Ni Cu 10号 0.11 0.58 0.26 0.034 0.023 0.04 0.04 0.06 16Mn 0.14 1.45 0.34 0.029 0.021 0.04 0.04 0.05 从pl14mm×10mm热轧无缝管上，截取3m长管用作热处理试样，在井式加热炉中 进行一次淬火及二次淬火两种工艺热处理，两种热处理工艺制度如表2所示 1.2组织与性能测试 采用剑桥S-250Mk3扫描电子显微镜对热处理组织进行了观察分析；力学性能在 MTS-810材料试验机上进行测试；冷拔试验采用150t精密冷拔试验机，爆破试验依据 MT112-85标准要求在国家煤矿支护设备质量监督检测中心进行. 1995-03-27收稿第一作者男30岁讲师博士 ◆治金工业部资助项目

第 卷 第 期 年 北 京 科 技 大 学 学 报 一 一 液压缸 筒用 热处理双相 钢管研究 ’ 王 四根 冯 惠平 花礼先 王 北京科技 大学材料科学 与工 程 系 北京 绪 黄 漫 摘要 研究 了 液压 缸 筒 用 热处理双相 钢 管的力学性 能和 爆破性 能试验结果表 明 热处理 双相 钢 管 经精 密冷拔后 制 作液压缸筒 ， 强度 高 ， 韧性好 ， 爆破压力也 高 ， 并且生产工 艺简单 ， 成本低 它 可 代替调 质钢 管用 作煤矿液压支柱油 缸 等液压缸筒 关键词 热处理双相 钢 ， 液压缸筒 ， 冷拔无缝钢管 中图分类号 ， 传 统 的生 产液压缸 筒 的方 法 ， 是 采用 锁 孔一 液压联 合切 削工 艺 对于 工作压力 高 的液 压 缸 筒 如 煤 矿 单体液 压 支 柱等 和 强度要 求 高 的其它 管材 如 地 质管 ， 汽 车半 轴管 等 ， 只 能 采 用 中碳 或合金 调 质钢 如 ， ， 等 这 些 材质在 机加 工前 ， 尚需 进行 调 质 热处理 因 此 这 种 传 统 的生 产 方 法 ， 不 仅 生产 率低 ，金 属利 用 率 不 高 一般 只 有 一 ， 能 耗大 ， 废 品率 高 ， 并 且 难 以 生 产 出长径 比大 于 、 壁 厚小 于 的细 长 、 薄壁 的液 压缸 筒 本 文将 试验采 用 热处理 双 相 冷 拔无 缝钢 管 制 造 液 压缸 筒 新 方法 试验材料和 方法 试验材料和 热处 理 工 艺 试验 采 用 号 一 钢 和 钢 试验 用 钢 在 碱 性 平 炉 中冶炼并 浇 注成 钢锭 ， 经 开坯 穿孔 后 ，热轧 成 小 无缝 钢 管 其化学 成分 如表 所示 巡一 表 试验用 钢 的化学成分 质最分数 从 甲 热 轧 无 缝 管 上 ， 截 取 长 管 用 作 热 处理 试 样 ， 在 井 式 加 热 炉 中 进行 一 次淬 火及 二 次淬火 两种 工 艺热处理 、 两 种 热处理 工 艺制度 如表 所 示 组 织 与性 能测试 采 用 剑 桥 一 扫 描 电 子 显 微 镜 对 热 处 理 组 织 进 行 了 观 察 分 析 力 学 性 能 在 一 材 料 试 验 机 上 进 行 测 试 冷 拔 试 验 采 用 精 密 冷 拔 试 验 机 ， 爆 破 试 验 依 据 一 标 准要 求 在 国家煤 矿 支 护 设 备质 量监 督 检 测 中心 进行 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 讲 师 博 士 冶金 工 业 部 资助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．05．008

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第 卷 第 期 年 北 京 科 技 大 学 学 报 一 一 液压缸 筒用 热处理双相 钢管研究 ’ 王 四根 冯 惠平 花礼先 王 北京科技 大学材料科学 与工 程 系 北京 绪 黄 漫 摘要 研究 了 液压 缸 筒 用 热处理双相 钢 管的力学性 能和 爆破性 能试验结果表 明 热处理 双相 钢 管 经精 密冷拔后 制 作液压缸筒 ， 强度 高 ， 韧性好 ， 爆破压力也 高 ， 并且生产工 艺简单 ， 成本低 它 可 代替调 质钢 管用 作煤矿液压支柱油 缸 等液压缸筒 关键词 热处理双相 钢 ， 液压缸筒 ， 冷拔无缝钢管 中图分类号 ， 传 统 的生 产液压缸 筒 的方 法 ， 是 采用 锁 孔一 液压联 合切 削工 艺 对于 工作压力 高 的液 压 缸 筒 如 煤 矿 单体液 压 支 柱等 和 强度要 求 高 的其它 管材 如 地 质管 ， 汽 车半 轴管 等 ， 只 能 采 用 中碳 或合金 调 质钢 如 ， ， 等 这 些 材质在 机加 工前 ， 尚需 进行 调 质 热处理 因 此 这 种 传 统 的生 产 方 法 ， 不 仅 生产 率低 ，金 属利 用 率 不 高 一般 只 有 一 ， 能 耗大 ， 废 品率 高 ， 并 且 难 以 生 产 出长径 比大 于 、 壁 厚小 于 的细 长 、 薄壁 的液 压缸 筒 本 文将 试验采 用 热处理 双 相 冷 拔无 缝钢 管 制 造 液 压缸 筒 新 方法 试验材料和 方法 试验材料和 热处 理 工 艺 试验 采 用 号 一 钢 和 钢 试验 用 钢 在 碱 性 平 炉 中冶炼并 浇 注成 钢锭 ， 经 开坯 穿孔 后 ，热轧 成 小 无缝 钢 管 其化学 成分 如表 所示 巡一 表 试验用 钢 的化学成分 质最分数 从 甲 热 轧 无 缝 管 上 ， 截 取 长 管 用 作 热 处理 试 样 ， 在 井 式 加 热 炉 中 进行 一 次淬 火及 二 次淬火 两种 工 艺热处理 、 两 种 热处理 工 艺制度 如表 所 示 组 织 与性 能测试 采 用 剑 桥 一 扫 描 电 子 显 微 镜 对 热 处 理 组 织 进 行 了 观 察 分 析 力 学 性 能 在 一 材 料 试 验 机 上 进 行 测 试 冷 拔 试 验 采 用 精 密 冷 拔 试 验 机 ， 爆 破 试 验 依 据 一 标 准要 求 在 国家煤 矿 支 护 设 备质 量监 督 检 测 中心 进行 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 讲 师 博 士 冶金 工 业 部 资助 项 目

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第 卷 第 期 年 北 京 科 技 大 学 学 报 一 一 液压缸 筒用 热处理双相 钢管研究 ’ 王 四根 冯 惠平 花礼先 王 北京科技 大学材料科学 与工 程 系 北京 绪 黄 漫 摘要 研究 了 液压 缸 筒 用 热处理双相 钢 管的力学性 能和 爆破性 能试验结果表 明 热处理 双相 钢 管 经精 密冷拔后 制 作液压缸筒 ， 强度 高 ， 韧性好 ， 爆破压力也 高 ， 并且生产工 艺简单 ， 成本低 它 可 代替调 质钢 管用 作煤矿液压支柱油 缸 等液压缸筒 关键词 热处理双相 钢 ， 液压缸筒 ， 冷拔无缝钢管 中图分类号 ， 传 统 的生 产液压缸 筒 的方 法 ， 是 采用 锁 孔一 液压联 合切 削工 艺 对于 工作压力 高 的液 压 缸 筒 如 煤 矿 单体液 压 支 柱等 和 强度要 求 高 的其它 管材 如 地 质管 ， 汽 车半 轴管 等 ， 只 能 采 用 中碳 或合金 调 质钢 如 ， ， 等 这 些 材质在 机加 工前 ， 尚需 进行 调 质 热处理 因 此 这 种 传 统 的生 产 方 法 ， 不 仅 生产 率低 ，金 属利 用 率 不 高 一般 只 有 一 ， 能 耗大 ， 废 品率 高 ， 并 且 难 以 生 产 出长径 比大 于 、 壁 厚小 于 的细 长 、 薄壁 的液 压缸 筒 本 文将 试验采 用 热处理 双 相 冷 拔无 缝钢 管 制 造 液 压缸 筒 新 方法 试验材料和 方法 试验材料和 热处 理 工 艺 试验 采 用 号 一 钢 和 钢 试验 用 钢 在 碱 性 平 炉 中冶炼并 浇 注成 钢锭 ， 经 开坯 穿孔 后 ，热轧 成 小 无缝 钢 管 其化学 成分 如表 所示 巡一 表 试验用 钢 的化学成分 质最分数 从 甲 热 轧 无 缝 管 上 ， 截 取 长 管 用 作 热 处理 试 样 ， 在 井 式 加 热 炉 中 进行 一 次淬 火及 二 次淬火 两种 工 艺热处理 、 两 种 热处理 工 艺制度 如表 所 示 组 织 与性 能测试 采 用 剑 桥 一 扫 描 电 子 显 微 镜 对 热 处 理 组 织 进 行 了 观 察 分 析 力 学 性 能 在 一 材 料 试 验 机 上 进 行 测 试 冷 拔 试 验 采 用 精 密 冷 拔 试 验 机 ， 爆 破 试 验 依 据 一 标 准要 求 在 国家煤 矿 支 护 设 备质 量监 督 检 测 中心 进行 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 讲 师 博 士 冶金 工 业 部 资助 项 目

Vol.18 No.5 王四根等：液压缸筒用热处理双相钢管研究 ·435· 一般情况下，复相组织构成的材料变形特性是每一相变形特性和各相之间相互作用的 综合反映.双相钢变形特性与铁素体、马氏体变形特性及其两相之间变形相容性有关，上面 提到过，二次淬火后所得到的组织有利于降低变形时铁素体裂纹萌生与扩展几率，从而有利 于提高钢的塑性及拉拔变形能力，使钢管顺利冷拔并制成液压缸筒.另一方面，双相钢具有 屈服点低，加工硬化率高的特点，钢管冷拔时产生形变强化，进一步提高钢管强度与精度1 爆破试验结果表明，经二次淬火处理的双相钢管制成的液压缸筒爆破压力大大超过标准要 求，说明热处理双相钢管完全可用来制作矿用液压支柱油缸. 热处理双相冷拔无缝管用作液压缸简，与传统的采用中碳或合金调质钢管（如45,40Cr, 27SiM等)相比，不仅生产工艺简单，而且强度与精度高，韧性好，爆破压力也高，并且采用 热处理双相管可望生产出长径比大、壁薄的液压缸筒，热处理双相钢管用作液压支柱油缸， 完全可代替27SiMn等调质钢管. 4结论 利用低碳低合金无缝钢管，经二次淬火热处理后获得铁素体加马氏体双相组织，其马氏 体呈细小纤维状分布.钢管经双相处理后强度高，塑性好，易于进行精密冷拔变形，变形量不 超过28%时无需中间退火.冷变形后的双相钢管，可获得光洁的内表面，且强度高，韧性好， 性能达到矿用液压支柱缸筒的爆破试验要求， 参考文献 I Speich G R.Demarest V A.ormation of Austenite During Intercritical Annealing of Dual-Phase Steels. Metall Trans,1981,12A(8):1419 2 Kim N J,Thomas G.Effects of Morphology on the Mechanical Behavior of a Dual-Phase Fe/2Si/0.IC Steel.Metall Trans,1981,12A(3):483 3程肃之等.M-Si系双相钢高强度螺栓研究.金属热处理，1987(8)：3 Investigation on Heat Treatment Dual-Phase Drawn Steel Pipes Used as Hydraulic Cylinder Wang Sigen Feng Huiping Hua Lixian Wan Xu Huang Man Department of Materials Science and Engineering,USTB.Beijing 100083,PRC ABSTRACT The heat treatment dual-phase drawn steel pipes used as hydraulic cyli- naer investigated.Experimental results show that heat treatment dual phase drawn steel pipes have hign strength and good ductility,hign bursting pressure as well and are better to be used as hydraulic cylinder than quenched and tempered steel pipes. KEY WORDS heat treatment dual-phase steel,hydraulic cylinder,drawn seamless steel pipe

王 四 根等 液压缸筒 用 热处理双相 钢管研究 · · 一 般 情 况 下 ， 复 相 组 织 构 成 的材 料 变 形 特 性 是 每 一 相 变 形 特性 和 各 相 之 间相 互 作 用 的 综合 反 映 双 相 钢 变 形 特性 与铁 素体 、 马 氏体变 形特性 及其 两相 之 间变 形相 容 性 有 关 ， 上 面 提 到 过 ， 二 次淬 火 后 所 得 到 的组 织 有 利 于 降低 变 形 时铁素体裂 纹 萌生 与扩 展 几率 ， 从而 有 利 于 提 高钢 的 塑性 及 拉 拔 变 形 能 力 ， 使 钢 管顺 利 冷拔并 制 成液压缸 筒 另 一 方 面 ， 双相 钢 具 有 屈 服 点 低 ， 加 工 硬 化 率 高 的特 点 ， 钢 管冷 拔 时产 生 形 变 强 化 ， 进 一 步提 高钢 管 强 度 与精度 爆 破 试 验 结 果 表 明 ， 经 二 次淬 火处 理 的 双 相 钢 管 制 成 的液 压 缸 筒 爆 破 压 力 大 大 超 过 标 准 要 求 ， 说 明热处理 双相 钢管完全 可 用来制作 矿 用液 压支柱 油 缸 热处理 双相 冷 拔无 缝 管 用 作 液 压 缸 筒 ， 与传 统 的采 用 中碳 或 合 金 调 质 钢 管 如 ， ， 等 相 比 ， 不仅 生产工 艺 简单 ， 而且 强 度 与精度 高 ， 韧性 好 ， 爆破 压力 也 高 ， 并 且 采 用 热处 理 双 相 管 可 望 生 产 出 长 径 比大 、 壁 薄 的液 压 缸 筒 热处理 双 相 钢 管 用 作 液 压 支 柱 油 缸 ， 完全 可 代替 等 调 质 钢 管 结论 利 用 低 碳 低 合 金 无缝钢 管 ， 经二 次淬 火 热处理 后 获得 铁 素体加 马 氏体双相 组 织 ， 其 马 氏 体呈 细 小 纤 维状分 布 钢 管 经 双 相 处理 后 强 度 高 ， 塑性 好 ， 易 于 进行精 密 冷拔 变形 ， 变形 量 不 超 过 时无需 中间退 火 冷变 形后 的双 相 钢管 ， 可 获得光 洁 的 内表 面 ， 且 强度 高 ， 韧性 好 ， 性 能 达 到 矿 用 液 压 支 柱 缸 筒 的爆 破 试验要 求 参 考 文 献 ， 一 一 一 ， ， ， 一 ， ， 程 肃之 等 一 系 双相 钢 高强 度螺 栓研究 金 属 热处理 ， 一 月介理 扭少 翻 尸泛 晚 ’ ， ， 刀幼 一 ， 一 ， ， ·