XYQ420冷拔管在液压缸缸体上的应用研究.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 4 ． 2 0 1 6 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 4 ． 0 1 8 X Y Q4 2 0 冷拔管在液压缸缸体上的应用研究 张 静 ， 罗海霞， 叶海燕 ， 王家聪 徐州徐工液压件有限公司， 江苏 徐州2 2 1 0 0 0 摘 要 针对 2 7 S i Mn 热轧无缝管生产液压缸缸体各种T艺路线的不足 ， 开发出X Y Q 4 2 0 热轧无缝管。对 比分析 X Y Q 4 2 0 的化学成分、 热轧管及冷拔管的力学性能， 结果表明X YQ 4 2 0 冷拔管的抗拉强度与2 7 S i Mn 冷拔管相当， 但X YQ 4 2 0冷拔管的塑性韧性指标大大优 于2 7 S i Mn 冷拔管。采用X Y Q 4 2 0 高强韧性冷拔管生产高压油缸缸体可有效减少缸体爆裂发生的概率 ， 拓展冷拔管在液压缸行业的应 用范围， 有效提高液压缸的整体质量水平。 关键词 2 7 S i Mn 冷拔管 ； X Y Q 4 2 0 冷拔管； 高强度； 高塑性 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 4 0 0 5 5 0 3 A p p l i c a t i o n o f XYQ 4 2 0 C o l d d r a wn T u b e f o r Hy d r a u l i c C y l i n d e r C a s i n g Z HANG J i n g , LUO Ha i - x i a ,Y E Ha i - y a n ． W ANG J i d c o n g Xu z h o u XC MG H y d r a u l i c s C o ． ， L t d ． ， X u z h o u 2 2 1 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T o t h e q u e s t i o n s o f 2 7 S i Mn s e a ml e s s t u b e i n ma k i n g h y d r a u l i c c y l i n d e r c a s i n g t e c h n o l o g i e s ， t h e XYQ 4 2 0 s e a ml e s s t u b e w a s d e v e l o p e d ． T h e c h e mi c a l c o mp o s i t i o n ／ me c h a n i c a l p r o p e r t y o f XY Q4 2 0 t u b e wa s r e s e a r c h e d c o n t r a s t i v e l y ． I t s h o ws t h a t t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f XY Q4 2 0 c o l d -- dra wn tub e a n d 2 7 S i Mn c o l d - dra w n tub e a r e c o mp a r a t i v e l y , b u t t h e t o u g h n e s s o f XYQ 4 2 0 c o l d - - d r a w n tub e i s mu c h b e t t e r ． T h e a p p l i c a t i o n o f XY Q4 2 0 c o l d dra wn tub e i n c y l i n d e r c a s i n g wi l l r e d u c e t h e p r o b a b i l i t y o f c a s i n g c r a c k ， p r o mo t e t h e a p p l i c a t i o n fi l e d o f c o l d d r a wn tub e i n h y d r a u l i c c y l i n d e r , S O a s t o the q u a l i t y l e v e l o f h y dr a u l i c c y l i n d e r ． Ke y wo r d s 2 7 S i Mn c o l d d r a w n tub e ； XYQ 4 2 0 c o l d - d r a wn tub e ； h i g h s t r e n g t h ； h i g h t o u g h n e s s 0 引言 液压缸的工况条件要求缸体材料具有很高的强度 和塑性 。 目前 国内工程机械高压液压缸普遍采用 2 7 S i M n 热轧无缝管进行制造。通常采用的工艺路线是 对 2 7 S i Mn 热轧无缝管进行调质处理” 1 或冷拔 ， 也有很 少采用 的冷拔后再调质处理 。 。上述 种工艺虽然都 提高2 7 S i M n 热轧无缝管的强度， 但都具有明显的不足 [ 5 ] ， 见表 l 和表2 ①对2 7 S i M n 热轧无缝管进行调质处 理， 可以获得高强度和高塑性， 但存在调质处理费用 高， 内外圆加工余量大， 加工效率低 ， 材料利用率低的 问题 ； ② 对 2 7 S i Mn热轧无缝管进行冷拔处理 ， 可 以获 得较高的强度和很高的尺寸精度 ， 但大幅降低钢管的 材料塑性 ； ③对2 7 S i M n 热轧无缝管进行冷拔后调质处 理， 可以获得很高的强度和塑性 ， 但工艺路线最复杂、 生产成本最高。 德国的液压缸采用低碳的E 3 5 5或M W4 5 0 等， F t 本 、 美 国 的液 压缸 采 用低 碳 的 C r Mo 钢 F G B 6 7 WV和 F G B 7 8 wV ] ， 均具有高强度高韧性的特点， 同时满足高 可焊性的需求。为克服国内液压缸缸体材料 目 前的高 收稿 日期 2 01 5 0 9 1 7 作者简介 张静 1 9 8 7 - ， 男， 河南汝南人 ， 助理工程师， 硕士， 主要从事金 属材料和液压元件制造技术的研究工作。 强韧性与低成本、 高材料利用率、 高效率生产不能兼得 的窘态 ， 徐州徐工液压件有限公 司联合 国内某钢厂开 发出X Y Q 4 2 0 低碳热轧无缝钢管， 对其进行适当的冷拔 加T， 分析其力学性能， 以期开发出适合高压液压缸缸 体使用的高强韧性 、 高材料利用率材料。 表 1 2 7 S i Mn 钢管不 同状态 下力学性能 表 2 2 7 S i Mn 钢 管不同状态下材料利用率 液 压 气 动 与 密 ／2 0 1 6年 第0 4期 1 X Y Q 4 2 O 热轧无缝钢管试制 1 ． 1化学成分 X Y Q 4 2 O 成分是在 Q 4 2 O 低合金高强度钢的基础上 进行一定的调整优化 为提 高钢材 的强度 ， 适 当提高 C 含量 ； 采用单一细化晶粒元素V替代N b 、 V 、 T i 组合； 大 幅降低影响V碳化物相 问沉淀形成速度的合金元素 N i 含量至 0 ．3 0 ％ 】 ， 适当降低合金元素 C u 、 M o 的含量。 X Y Q 4 2 0 化学成分见表 3 。 与2 7 S i M n 相 比， X Y Q 4 2 0 的 C含量较低 ， Mn 含量稍 高 ， 因此 X Y Q 4 2 0热轧 管 的 的塑性韧 性都 应 高于 2 7 S i Mn 热轧管 。更重要 的是 X YQ 4 2 O 含有细化 晶粒元 素 V ， V是强碳氮化物形成元素， 能形成弥散分别的颗 粒 阻止 奥氏体 晶粒 长大 ， 冷却转变形成非常细小 的铁 素体晶粒和合金碳氮化合物沉淀共同作用 ， 使材料强 度大大提高 表3 X Y Q4 2 0 、 Q4 2 0 、 2 7 S i Mn 化学成分对比 Q 4 2 O ≤O ． 2 0 ≤O ． 5 0 ≤1 ． 7 0 0 ． 0 3 5 O ． 0 3 5 O ．2 0 O ． 3 0 O ．8 O 0 ． 3 0 0 ． 2 O 2 7 O ． 2 4 1 ． 1 0 1 ． 1 O S i M n- 0．3 4 ～1 ．4 0～1 ．4 0 1 ． 2 非金属夹杂及金相组织 依据G B ff 1 0 5 6 1 2 0 0 5 4 钢中非金属夹杂含量的测 定标准评级图显微检验法 对 X Y Q 4 2 O 热轧无缝管进行 非金属夹杂物检验， 结果符合标准要求， 见表4 。 表4 X YQ 4 2 0 热轧无缝管非金属夹杂物评级 央杂物类别 级 A B C I I ] S 试样 1 o ． 5 o ． 5 0 ． 5 1 O ．5 试样 2 O ． 5 O ． 5 o 1 0 ．5 经控制轧 制成型的 X Y Q 4 2 O热轧无缝管 的金相 微 组织 见图 I XY Q 4 2 0 热轧组织 为典 型的平衡组织 铁 素体 珠光体 ， 块状铁素体均匀分布在珠光体基体中。 此组织为冷拔过程的顺利进行和冷拔管的力学性能奠 定了良好的组织基础。 1 ． 3 热轧管力学性能 选取两批次X Y Q 4 2 0 热轧无缝管进行拉伸试验 ， X Y Q 4 2 0 力学性能 见表 5 X Y Q 4 2 O 热 轧管 的抗拉强度约 为 6 6 0 M P a ， 屈服强度约为5 0 0 M P a ， 断后伸长率约为 2 5 ％， 一 2 0 q C 冲击功约为8 2 ～ 9 3 J 之间。可见 ， X Y Q 4 2 O 56 热轧管具有较高的强度和塑性 ， 即具有 良好 的综合力 学性能。 图 1 x Y Q4 2 0热轧无缝管组织形貌 表5 X Y Q4 2 0热轧管力学性能对比 批次 MPa 咖 MPa 胁断 6 5 长率 Ak 2 特 ／ J 状念 ％ 功 2 X y Q 4 2 O 冷拔管试制 选用 X V Q 4 2 O 热轧无缝钢管做冷拔坯料 ， 坯料规格 2 3 2 x 1 8 ， 冷拔后规格 2 2 6 x 2 0 0 一 0 ． 5 ， 一 0 ． 7 m m。 2 ． 1冷拔工艺 冷拔 一 r 艺 为 坯料退火一表 面处理一冷拔 I 表 面处理一冷拔 Ⅱ一校直 I 一成品退火一校直 Ⅱ一下料 测量。 其 中 ， 坯 料 退 火 温度 8 5 0 1 0 ℃ ， 成 品 退 火 温度 5 8 0 1 0 ， 随炉冷却至3 5 O ℃出炉卒冷。冷拔道次变形 率 】 ． 】 5 ～ 1 ． 2 ， 冷拔 总 变 形量 1 ． 3 7 ， 控制 内孔 不 圆度≤ 0． 2 ram 。 2 ． 2 冷拔管力学性能对比 通过 表 6中力学 性能对 比可 以看 出 ， 2 7 S i Mn冷拔 管的抗拉强度约为 8 4 5 M P a ， X V Q 4 2 O 冷拔管的抗拉强 度 约为 8 3 5 MP a ， 可见 ， X V Q 4 2 O 冷拔 管和 2 7 S i Mn 冷拔 管 的抗拉强度基本相当。但 X Y Q 4 2 O 冷拔管和 2 7 S i Mn 冷拔管却具有明显不同的力学特性 X Y Q 4 2 O 冷拔管在 拉 伸 过程 中 表 现 了 明显 的屈 服 点 ， 屈 服 强 度 约 7 6 0 M P a ， 断后伸长率达到了 1 6 ％～1 8 ％， 室温冲击功 6 5～8 0 J ， 一 2 0 ％冲击 功 4 4～4 9 J ， 表现 出 了明显 的塑性 材料特点 。2 7 S i Mn 冷拔管的抗拉强度在一个较大 的范 围内波动 ， 表现 一定的不稳定性 。而且 2 7 S i Mn 冷拔 管在拉伸过程一般不 现明显的屈服 ， 断后伸长率和 冲击功都很低， 表现 了明显的脆性材料特点。 在抗拉强度相当的情况下， 材料塑性韧性的提高 更能适应高强度液压缸适应恶劣工况的需求 -。因此， 相 比于 2 7 S i Mn冷拔管 ， X V Q 4 2 O 高强韧性 冷拔管更适 合用 于生产高压液 缸 。采用 X Y Q 4 2 O冷拔 管可有效 降低液压缸缸体 因塑性不足导致爆裂的概率。 下转 第 6 0 页 液 压 气 动 与 密 - ．I“ ／20 1 6年 第 0 4期 速运动 ， 这样就造成慢 的马达产生负压 ， 此 时 ， 通过单 向阀补油 ， 保证 和其他的马达有同样 的流量 ， 实现多个 缸的同步。由于每只液压缸都有二位四通换向阀， 各 个 液压 缸 即可 以 同时 同步运 行 ， 也 可根 据需 要 各 自 运行。 图3改造后的裙板液压系统图 5 结束语 通过对裙 板发生 的故 障分析 ， 发 现造成挂 钢 、 卡 钢 、 弯钢 、 跑钢等故障的根本原凶就是多个液压缸不同 步所致 。改造前 ， 为 了保证裙板各段 的位置正确 ， 经常 _ 卜 - - - - - ● 一- -- ● 一- 卜 - 一 - 卜 - 卜 上接第 5 6 页 表 6 2 7 S i Mn 、 X YQ 4 2 0 冷拔管力学性 能对 比 3 结论 通过对 XY Q 4 2 0 冷拔管和 2 7 S i Mn 冷拔管 的力学性 能对 比研究 ， 本文得 出了如下结论 1 X Y Q 4 2 0冷拔管的综合力学性 能明显优 于 2 7 S i M n 冷拔管 ， 尤其是断后伸长率和冲击功方面 。 X Y Q 4 2 O 冷拔管既具有较高的抗拉强度， 又具有较高的 塑性韧性 。 2 X Y Q 4 2 O 冷拔管 既克 服了 2 7 S i Mn 冷拔管材 料 塑性低 的劣势 ， 又克服了 2 7 S i Mn 调质管加T效率低材 料利用率低的劣势。因此X Y Q 4 2 O 冷拔管更能满足高 强度液压缸对缸体材料的要求。 6 0 要手动调整裙板各托料块 的位置状态和调节调速阀通 过的流量来达到裙板各段丁作位置的 同步。不但数量 多 ， 距离远 ， 给调试带来很大 的麻烦 ， 一旦调节不 当， 就 会造成棒材故障率的上升 ， 生产效率受到很大的影 响。改造后， 棒材的挂钢、 卡钢、 跑钢、 弯曲等故障问题 得到根本解决。大幅度提高了生产效率， 降低了T人 的劳动强度 ， 效果显著。 参考文献 刘建， 刘勋， 李新有， 等． 棒材轧制中冷床制动裙板液压系统 特性分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 l ， 3 9 2 2 6 7 6 8 ． 郭晓松， 祁帅， 占今春， 等． 基于同等方式控制的双缸 同步液 压系统仿真【 J J ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 3 1 4 9 1 5 1 ． 宁辰校， 张戎社， 罗占兴， 等． 液压同步 回路及液压启闭机同 步控制研究[ J 】 ． 机床与液压， 2 0 1 3 , 4 1 1 4 6 6 6 9 ． 田秀平． 冷床裙板液压同步控S tJ [ j ] ． 冶金设备， 2 0 1 3 ， 3 5 3 4 7 5 O． 李向阳， 周恩涛， 林君哲， 等． 四缸 同步液压系统的研究『 J 1． 机 床与液压 ， 2 0 1 0 ， 3 8 5 2 8 3 0 ． 郝志杰， 张彦滨， 于建升， 等． 棒材轧机冷床裙板液压缸同步 控制阀台的改进l J 1 ． 冶金没备， 2 0 1 3 ， 3 5 2 1 4 8 1 4 9 ． 张绍九， 等． 液压同步系统 【 M] ． 北京 化学T业 版社， 2 0 1 0 ． 3 应用 X Y Q 4 2 0冷拔 管替代 2 7 S i Mn 可拓展冷拔 管在液压缸行业的应用范围， 推广应用 X Y Q 4 2 O 冷拔管 可 使 我 国液 压 缸 行业 产 品整 体 质 量 有一 个 较 大 的 提升。 参考文献 [ 1 ] 韩波． 一种 合金钢 的调质 T 艺 巾国， 2 0 1 2 1 0 1 7 2 3 4 7 ． 5 [ P 1． 2 01 2-0 9-l 9． [ 2 ] 杨道和， 张卫群． 冷拔技术在液压缸筒上的应用【 J J ． 煤矿机械， 2 0 0 7 2 8 9 1 7 8 1 8 0 ． 【 3 】 韩 波． 液压 缸 缸筒用 钢 管 调质 T 艺的改 进 l J 1 ． 钢管 ， 2 0 1 3 , 4 2 1 7 7 8 2 ． [ 4 ] 刘建荣， 刘桂花， 张重州． 液压支架立柱用冷拔管性能研究与 应用I J 1． 材料热处理技术， 2 0 1 2 ， 4 1 1 6 6 9 7 0 ． 【 5 ] 葛树才， 张英杰． 冷拔管缸筒 T艺分析l J 1 ． T程机械， 2 0 0 6 ， 3 7 1 2 5 1 - 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