专利名称:钢丝低温复合水浴处理方法
本发明属于一种钢丝热处理方法。
目前国内外中碳钢和高碳钢钢丝的中间热处理和最终热处理都广泛采用百余年来的传统工艺-高温空气正火和高温铅淬火。在中间热处理生产中，许多根钢丝加热好后，相距很近，并排地从温度约为500℃的铅槽上面通过，进行空气正火。实际上其冷速相当低，显著低于单根钢丝空冷时的速度。为了保证钢丝在上述条件下获得正火钢的强度极限(对碳含量＞0.6%的钢丝，σb为80～100公斤力/毫米2)，不得不将钢丝正火加热温度提高到900℃以上，甚至高达980℃。因此，带来能源消耗和金属氧化损失增大、酸洗任务加重、奥氏体晶粒粗化等一系列的缺点。
高温铅淬火的唯一优点是生产稳定，比较易于保证成品钢丝的机械性能。但其缺点很多，但相当严重。例如，造成环境污染，引起“铅中毒”，生产投资大(一条生产线大小铅槽各一个，用铅量达52吨以上，而且还需一套除铅尘装置)，生产消耗大(因铅蒸发和钢丝“挂铅”而造成的铅消耗为每处理一吨钢丝要消耗铅5～8公斤)，能源消耗较多(钢丝加热温度高达920～950℃或者更高)，作业环境的温度较高，以及存在许多长期不能解决的技术难题(如铅槽过热区、挂铅、压辊起槽等)。所以，自本世纪四十年代以来，一直在寻求取代铅淬火的新方法，曾研究过的方法有盐浴淬火、流动粒子冷却处理、间歇式多次水冷加通电回火、水浴处理等。这些方法因各自存在不同的缺点而未能投入生产实践。
自七十年代以来，国内外一直从事对钢丝进行沸水(加入0.5%肥皂或聚乙烯醇)处理以取代铅淬火的研究。根据日本资料(“铁
钢”，1978，VO1、64，NO4，S221)报导，将高温加热的钢丝浸入带隔板的沸水槽中，通过隔板来控制钢丝在水槽中停留时间，然后出水槽空冷。这种方法虽然可使有些线径的钢丝(对60＃钢，直径为1～1.5毫米;对75＃钢，直径为2～3毫米)获得与铅淬火相同的强度，但其它线径的钢丝强度则比铅淬火钢丝低很多。而且，效果也不稳定，容易出现脆断，因此未能投入正式生产。
本发明的目的是提供一种钢丝低温复合水浴处理方法，使钢丝在中间热处理时，可保证将钢丝正火加热温度降至800～820℃;使钢丝在最终热处理时，既可保证钢丝加热温度降至820～840℃以及其机械性能达到铅淬火钢丝的技术标准，且生产稳定，又能克服铅淬火工艺存在的一系列缺点。
本发明是依靠在沸水中对准钢丝喷压缩空气来降低钢丝的加热温度，其气压大于3个大气压。在中间热处理时，钢丝加热至800～820℃后，，浸入带10个喷气咀的纯沸水中冷却适当时间，再出水，空气冷却。在最终热处理时，将钢丝加热至820～840℃，在冷速较大，而又不引起脆断的介质中停留适当时间，转入温度为500～720℃的三区防脆炉中继续相变足够时间后，才出炉空冷。
附图是钢丝进行低温复合水浴处理的生产流程示意图。
钢丝从放线筒〔1〕进入电极〔2〕和〔4〕，进行接触电加热至820℃，浸入水槽〔3〕，穿过由喷管〔6〕喷出的一定数量的压缩空气流〔5〕，当钢丝表面温度降至450～500℃时，出水面，转入三区防脆炉〔7〕继续相变，最后出炉空气冷却，并在收线筒〔8〕卷取。
因钢丝种类和直径不同，所采取的冷却方式有差别。对弹簧等较低强度的钢丝和细径的制绳钢丝，采取在变温水槽中进行冷却。水槽上部温度(距水面约100毫米处)保证在95℃以上，而水槽下部温度(距水面约300毫米处)控制在80～90℃之间。对制绳等较高强度钢丝(直径大于1.6毫米)，采取在沸水中喷压缩空气来进行冷却。高温钢丝在沸水中因周围形成一层蒸汽膜而显著降低钢丝的冷却速度，当钢丝进入压缩空气流〔5〕(见附图)中时，因高压高速气流将钢丝周围的蒸汽膜吹破并带走。但是，当它离开空气流时，因接触沸水又会形成一层新的蒸汽膜，钢丝表面温度因沸水的汽化会迅速降温;当钢丝进入第二个喷咀所射出的空气流时，其周围的蒸汽膜又会被全部吹走，如此反复，来加快钢丝的冷速。
为了使钢丝在最终热处理时，生产稳定，不出现脆断，可在沸水中加入0.2%肥皂或复合防脆剂。在中间热处理时，也可以直接采用纯沸水。
为了使钢丝在进入三区防脆炉后最快地将表面温度提高到550℃以上，三区防脆炉第一段的温度区应控制在650～720℃，第二段的温度区则控制在500～600℃，第三段的温度区需根据钢丝直径和三区防脆炉长度来确定，一般在300～720℃之间。细径钢丝取下限，粗径钢丝取上限。钢丝穿过空气炉后，应使相变进行完毕，至少应保证钢丝在出三区防脆炉后不再转变成马氏体。
为了解决钢丝在水浴处理生产过程中上线的困难，本发明中还专门设计了一套不带电的上线装置，将一个公用的压线辊改为24个压线盘。特别适合于采用接触电加热钢丝的生产条件。
与目前国内外钢丝生产中广泛采用的传统热处理工艺-高温空气正火和高温铅淬火，或者已有的水浴处理方法对比，本发明有如下优点(1)、无公害在铅淬火时，由于铅槽中铅液的蒸发以及钢丝上“挂铅”在拉丝时变成铅粉尘飞扬，使热处理车间的最高铅浓度超过国家标准23倍，厂区的铅尘浓度超过国家标准67.6倍，以致钢丝绳厂的职工容易引起铅中毒而造成职业病。钢丝绳厂废水含铅量超过国家标准2.5倍，使工厂周围的居民和农作物都遭到污染。本发明则一扫对人体健康和环境的危害。
(2)、节能无论铅淬火或者已有的水浴处理方法，其钢丝加热温度都是高温加热，而本发明因将钢丝中间热处理的加热温度由900～980℃降至800～820℃;将最终热处理的加热温度由920～950℃降至820℃～840℃，从而使能源消耗量减少。以年产三千吨钢绳厂为例，中间热处理每年可节电48万度，最终热处理可节电20万度。每年共可节电68万度。
(3)、低成本本发明的生产投资费和生产消耗比铅淬火低很多。对年产钢绳三千吨而言，一般需建两条生产线，需铅104吨，约26万元;两条生产线上的除铅尘设备需5万元，铅耗损为18吨(按每吨钢丝耗铅6公斤计算)，约4.5万元;节电68万度，约5.4万元，共计40.9万元。此外，因为钢丝氧化损失的减轻、酸液消耗的减少，所节省的经费与复合水浴时消耗的0.2%肥皂或复合防脆剂的开支相近，两相抵消，所以只剩下复合水浴处理的生产投资费。低温沸水正火的设备投资为2万元，低温复合水浴处理的设备费为3万元，共计为5万元。由此可见，本发明可使年产三千吨钢绳的工厂第一年节约生产投资和生产消耗共约36万元，以后每年可节省生产消耗约10万元。
(4)、因钢丝加热温度降低，氧化减轻，可增加金属的收得率，缩短酸洗时间和降低酸洗液消耗。由于钢丝上不挂铅，使酸洗质量和拉丝效率都提高。
(5)、降低了操作环境的温度，取消了铅液上的复盖物(木碳粉或石灰等)，减少了粉尘，从而大大改善了车间的卫生条件。
(6)、取消了铅淬火生产中长期以来存在的老大难问题，如铅槽过热区、挂铅、压辊起槽等。
(7)、已有的水浴处理方法在水槽中安装一个公用的压线导电辊，当生产上需要穿线时很困难，需带电作业;本发明采用24个压线导电盘，专门设计了一套不带电上线装置。
本发明适用于各种碳素钢和低合金钢，直径小于10毫米的各类钢丝的热处理。
下面是本发明的两个最佳实施例。
65＃碳钢钢丝，从盘条(φ6.5毫米)拉至直径5.5毫米时进行中间热处理，于820℃加热1分20秒，浸入纯沸水中12.1秒后，出水空气冷却。所得机械性能如表1所示，沸水正火后再拉丝至直径4.7毫米，进行最终热处理。在本发明专门设计的低温复合水浴处理生产线上进行。加热方式为电接触加热。钢丝加热温度为830～840℃，浸入变温水槽，水槽上部温度为90～93℃，下部温度为80℃;钢丝在水槽中浸水时间为19秒，然后进入炉长为5米的电阻丝加热的三区防脆炉。炉温分布为第一区为700℃，第二区为560～580℃，第三区为700℃。所得机械性能如表1。正火钢丝要求达到的性能标准是碳含量为表1 65＃钢钢丝在中间热处理和最终热处理后的机械性能
0.56～0.65%，直径为3.8～6.5毫米时，强度极限应在75～95公斤力/毫米2，延伸率＞9%。铅淬火钢丝的性能标准是碳含量为0.64～0.67%，直径为4.0～4.9毫米，强度极限应在109～119公斤力/毫米2之间。
实施例二65＃钢钢丝，在直径为5.5毫米时进行低温复合水浴处理，加热温度为820℃，加热时间为81秒，水温为92℃，浸水时间为9.8秒;钢丝穿过装有压缩空气喷管的沸水槽，出水温度为420～430℃，进入温度分布为650-550-650℃的三区防脆炉，出炉空冷。所得机械性能为强度极限的平均值为112.3公斤力/毫米2，标准误差为0.39公斤力/毫米2，延伸率平均值为8.8%，标准误差为0.53%。铅淬火钢丝的性能标准是0.64～0.67%碳钢，直径为5.0～5.9毫米时，强度极限在108～118公斤力/毫米2之间。
权利要求
1.一种适用于钢丝热处理方法，包括冷却采用热水，本发明的特征在于中间热处理时，钢丝加热温度一般为800～820℃，在水槽中冷却采用沸水中喷压缩空气，最终热处理时，钢丝加热温度一般为820～840℃，在冷速较大，不引起脆断的介质中冷却，再在三区防脆炉继续相变。
2.据权利要求
1所述的方法，本发明的特征在于最终热处理时，细径的制绳钢丝或低强度钢丝在变温水槽中冷却，上述水槽的上部温度大于95℃，下部温度为80～90℃。
3.据权利要求
2所述的方法，本发明的特征在于高强度钢丝的冷却介质是在沸水中喷压缩空气。
4.据权利要求
2或3所述的方法，本发明的特征在于最终热处理时在沸水中加入复合防脆剂。
5.据权利要求
1所述的方法，本发明的特征在于中间热处理时沸水一般用纯沸水。
6.据权利要求
1所述的方法，本发明的特征在于钢丝出水槽温度一般为450～550℃。
7.据权利要求
1所述的方法，本发明的特征在于三区防脆炉的炉温一般为500～700℃。
8.据权利要求
1所述的方法，本发明的特征在于有一套不带电的上线装置，采用24个压线导电盘。
专利摘要
一种适用于钢丝热处理方法，采用低温复合水浴处理中间热处理时，将钢丝加热至800～820℃，浸入喷压缩空气的纯沸水中冷却适当时间，再出水空气冷却；最终热处理时，将钢丝加热至820～840℃，在冷速较大，而又不引起脆断的介质中冷却后，转入温度为500～720℃的三区防脆炉中继续相变足够时间，才出炉空气冷却。本方法适用于各种碳素钢和低合金钢，直径小于10毫米的各类钢丝的热处理。
文档编号C21D9/52GK85100352SQ85100352
公开日1986年8月27日 申请日期1985年4月1日
发明者谭玉华 申请人:湖南省湘西材料与热处理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan