专利名称：冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种冷拉中、高碳钢丝热处理，特别是涉及一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法。适用于金属制品和电线电缆等行业冷拔钢丝的中间或成品热处理。属金属制品热处理技术领域。
背景技术：
钢丝生产是国民经济的重要组成部分，目前钢丝产品广泛应用于煤炭、石油、冶金、机械、汽车、建筑、国防等各行业。钢丝生产，特别是中、高碳钢丝生产过程中，为保证拉拔过程的正常进行及达到所要求的最终性能，目前广泛采用铅淬火处理的方式进行中间热处理，以期获得高的综合力学性能和拉拔性能。但由于铅蒸汽和铅尘对环境的污染及对人体的危害，随着人类环保意识的增强，寻找一种经济、清洁和安全的热处理方式来取代铅淬火处理，已成为金属制品领域非常关注又急待解决的问题，同时也可以明显降低资源消耗，降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种经济、清洁和安全的冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，以取代目前常用的铅淬火处理方法。
本发明的目的是这样实现的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于它是通过一钢丝放、收线装置使钢丝以一定速度向收线装置方向传输；在传输过程中，配置一高频直流脉冲电源并通过一对耐磨电极对运动着的钢丝进行加电连续处理。
本发明所述加电连续处理过程中高频脉冲电源输出参数的范围是脉冲电流频率为10000～30000Hz；输出电流密度大小为50～500A/cm2；输出电压为9～24V。
本发明所述耐磨电极，是黄铜、石墨或其它电极，可以是由上下两块电极对合而成，其对合面中间留有能容纳钢丝的孔槽；也可以是一块电极直接接触钢丝式。上、下电极之间、电极与钢丝之间依靠机械力紧密接触，接触压力连续可调，保证在加电过程中钢丝能顺利通过，并和电极接触良好，不打火花，以减小钢丝和电极间的接触电阻以及保证钢丝表面质量。
本发明具有如下有益效果1、在高频电脉冲处理过程中，钢丝焦耳热效应比较明显，钢丝升温速度快，此外电脉冲还能产生其它的非热效应。在这两种效应共同作用下，金属原子的振动加剧，促进位错运动和位错重新组合，包括异号位错的对消、多边化的形成以及变形胞状压组织转变为典型的亚晶粒，促使再结晶过程加速。通过显微组织分析，经高频电脉冲连续处理的冷拔钢丝中，发现大量微米和亚微米的细晶粒，这些细晶粒有利于提高材料的强度和塑性。
2、高频电脉冲连续处理钢丝所用时间短，只需5～15s，降低了工件表面的氧化程度，氧化皮少，提高了钢丝表面质量。
3、高频脉冲电源功率低于10KW，能耗低，工作效率高，特别适合直径不大于3mm钢丝的连续处理。
4、高频电脉冲连续处理后的钢丝性能接近或达到铅淬火处理后的水平，可以在一定程度上取代铅淬火工艺，从而彻底根除钢丝生产过程中所产生的铅污染，环保性好，并有效降低钢丝生产的成本。
5、处理速度可根据钢丝直径大小、运动速度和脉冲频率、电流及电压大小进行调整。
6、该法所采用的处理装置具有结构紧凑、占地面积小，操作方便、工作效率高、能耗低、环保性好等特点，处理后的钢丝在塑性得到极大程度恢复的同时，仍能保持足够的高强度。适用于冷拔钢丝的中间或成品热处理，以取代铅浴等温处理(俗称铅淬火)工艺，特别适用于直径小于3mm钢丝的连续处理。
图1为本发明采用的冷拔钢丝的高频电脉冲连续处理装置示意图。
图2为本发明采用的电极装置示意图。
图3为含碳量为0.70％的高碳冷拔钢丝的金相组织(×500)。
图4为同一冷拔钢丝经高频电脉冲处理后的金相组织(×500)。图5为同一冷拔钢丝经铅浴处理后的金相组织(×500)。
图中高频脉冲电源1，钢丝2，电极3、3′，放线装置4，收线装置5，耐磨黄铜块6，胶木板7，螺杆8，弹簧9，螺母10，电缆线11。
具体实施例方式
图1是本发明冷拔中、高碳钢丝的高频电脉冲连续热处理装置示意图。它主要由高频脉冲电源1、放线装置4、收线装置5和一对耐磨黄铜电极3、3′。钢丝2在收线装置5带动下向收线装置5方向传输，钢丝运动速度为0～20m/s，运动速度由收线装置的变频器进行调整。高频脉冲电源1通过一对耐磨黄铜电极对运动着的钢丝进行加电连续处理，两电极间的距离在20～100cm范围内可调，高频脉冲电源输出参数的范围是脉冲电流频率为10000～30000Hz；输出电流密度大小为50～500A/cm2；输出电压为9～24V。
图2是本发明采用的电极装置示意图。图中，耐磨黄铜电极3是由两块耐磨黄铜块6上下对合而成，其对合接合面中间留有能容纳钢丝的孔槽，上、下黄铜块6之间用胶木板7、螺杆8、弹簧9和螺母10压紧，压紧力靠弹簧伸缩进行调节，保证在加电过程中钢丝能顺利通过孔槽，并和孔槽接触良好，不打火花，以减小钢丝和电极间的接触电阻，同时胶木板使得电极和螺杆之间保持绝缘。耐磨黄铜块6也可以用耐磨石墨替代。
实施例1本实验采用的原材料为直径1.5mm、含碳量为0.70％冷拔高碳钢丝，该钢丝已经从直径6.5mm盘条冷拉至直径1.5mm，钢丝冷拉后的抗拉强度为1980～2024MPa，延伸率1％。控制钢丝运动速度，使电脉冲连续处理时间分别在0～8s，输入的高频脉冲电源参数为频率20000Hz，脉冲电流密度80A/cm2，脉冲电压12V。实验结果如表1所示，表1结果表明，选择合适的工艺参数，能使高频脉冲电脉冲处理后的钢丝性能接近或达到铅淬火处理后的水平。
表1冷拔钢丝电脉冲处理前后的性能比较
图3为冷拔钢丝的金相组织，几乎全部是伸长的纤维状组织。经高频电脉冲处理后的钢丝内，形成了大量细小的微米和亚微米级的超细晶粒，如图4所示。这些超细晶粒的形成有利于材料塑性的提高，同时可保持足够高的强度。图5是铅浴淬火后的金相组织，其晶粒要大于脉冲处理后的钢丝晶粒。
将经7s处理后的钢丝进行拉拔实验，在总压缩率为50％，道次压缩率为17％的情况下，钢丝的抗拉强度达到1700～1760MPa，达到普通制绳钢丝的要求。可见本发明可在一定程度上取代铅淬火工艺，从而消除铅污染的危害，并有效降低钢丝生产的成本，是一种经济、清洁、安全的冷拉钢丝中间热处理工艺。
实施例2本实验采用的原材料为直径2.0mm、含碳量为0.45％冷拔中碳钢丝，该钢丝已经从直径5.5mm盘条冷拉至直径2.0mm，钢丝冷拉后的抗拉强度为1560～1600MPa，延伸率2％。输入的高频脉冲电源参数为频率20000Hz，脉冲电流120A/cm2，脉冲电压9V，电脉冲处理时间为6s。处理后的钢丝抗拉强度为912～950MPa，延伸率为12％，而相同材料铅淬火后的钢丝抗拉强度882～980MPa，延伸率大于7％。说明本发明也可用于冷拔中碳钢丝的中间热处理，处理后的钢丝力学性能也达到铅浴淬火的水平。
权利要求
1.一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于它是通过一钢丝放、收线装置使钢丝以一定速度向收线装置方向传输；在传输过程中，配置一高频直流脉冲电源并通过一对耐磨电极对运动着的钢丝进行加电连续处理。
2.根据权利要求1所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述加电连续处理过程中高频脉冲电源输出参数的范围是脉冲电流频率为10000～30000Hz；输出电流密度大小为50～500A/cm2；输出电压为9～24V。
3.根据权利要求1或2所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述耐磨电极是由上下两块电极对合而成，其对合面中间留有能容纳钢丝的孔槽。
4.根据权利要求3所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述上下两块电极之间用胶木板、螺杆、弹簧和螺母压紧。
5.根据权利要求1或2所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述耐磨电极是一块电极直接接触钢丝式。
6.根据权利要求1或2所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述耐磨电极，是黄铜、石墨电极。
7.根据权利要求3所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述耐磨电极，是黄铜、石墨电极。
8.根据权利要求4所述的一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，其特征在于所述耐磨电极，是黄铜、石墨电极。
全文摘要
本发明涉及一种冷拔中、高碳钢丝用高频电脉冲连续热处理方法，它是通过一钢丝放、收线装置使钢丝以一定速度向收线装置方向传输；在传输过程中，配置一高频直流脉冲电源并通过一对耐磨电极对运动着的钢丝进行加电连续处理。处理过程中高频脉冲电源输出参数的范围是脉冲电流频率为10000～30000Hz；输出电流密度大小为50～500A/cm
文档编号C21D1/34GK1944692SQ20061009729
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月24日 优先权日2006年10月24日
发明者徐文雷, 杨恒, 谭佃龙, 谢杰 申请人:江苏法尔胜技术开发中心