一种辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的制备方法及其应用与流程

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的制备方法及其应用。

背景技术：

辐条是影响辐条式自行车使用性能的关键部件之一，使用过程中其最常出现的问题有断裂失效及锈蚀，这些问题不仅影响美观，而且影响了舒适及安全性。因此，在不改变材料的前提下，通过拉拔及合适的热处理工艺改善其韧性、强度仍然是业内的一个研发热点。

材料的强化方式主要有固溶强化、析出强化及弥散强化，其中固溶强化及析出强化是奥氏体钢的主要强化方法。对于新型含铅奥氏体钢，从2007年提出到现在，一方面研巧其析出相的种类，另一方面通过成分设计扩展其强化相种类，进一步改善髙温力学性能，提商其应用湿度上限。新型含铅奥氏体钢中的析出相主要有mc、laves相、b2－nial及γ’-ni3al相。

钢在热处理时要转变成奥氏体层片状的显微组织，通常是γ-fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，具有塑性好、强度较低，具有一定韧性且不具有铁磁性的特点，奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。加热到奥氏体相区，在高温下，碳原子扩散速度很快，铁原子和替换原子均能够充分扩散，既能够进行界面扩散，也能够进行体扩散，因此奥氏体的形成是扩散型相变，当铁素体消失后继续保持或继续加热时，随着碳在奥氏体中继续扩散，剩余渗碳体不断向奥氏体中溶解，当渗碳体刚刚全部融入奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，只有经历长时间的保温或继续加热，让碳原子急性充分的扩散才能获得成分均匀的奥氏体。

全奥氏体显微结构的不锈钢丝的制备方法很多，通过拉拔制备全奥氏体显微结构的不锈钢丝由于表面光滑、尺寸精确均一，是高性能全奥氏体显微结构的不锈钢丝制备的有效途径，由于拉拔过程变形量大，拉拔速率高，因而在制备过程中加工硬化严重，这对钢丝在进一步拉拔过程中产生断丝有很大的影响。由于钢丝拉拔是一个冷变形的过程，伴随着剧烈的加工硬化，难以一次拉拔至产品尺寸，之后进行热处理的目的是消除拉拔过程中造成的加工硬化，恢复钢丝塑性，以便进行进一步的拉拔，研究发现，在拉拔后进行适当的热处理，通过改变热处理过程的温度和热处理时间参数不仅能够消除拉拔产生的加工硬化，同时采用恰当的工艺参数进行匹配还能在再结晶过程中有效细化晶粒，提高钢丝的强度和塑韧性，有利于进一步拉拔的顺利进行，减少断丝率，从而制备出满足应用要求的全奥氏体显微结构的不锈钢丝。

在实际生产中，合适的热处理工艺还取决于选择合适、高效、经济、节能的热处理设备，目前我国热处理炉装备水平尚比较落后，设备大多数为50年代到70年代的仿苏产品。工业发达国家早在60年代就已基本淘汰了空气热处理炉，普及了低氧、无氧热处理炉，而我国迄今为止空气热处理炉仍占热处理设备的70％以上。

目前我国热处理炉呈现：周期式炉多，连续式炉少；效率低、能耗大；空气炉多，气氛炉少；工件氧化脱碳严重，质量不易保证，自动化程度低；人为因素影响大，质量不稳定的现状。

使用天然气热处理炉对辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝进行热处理的优势在于：

1.品质优势：天然气的洁净优势可以将对排放物对环境的影响降到最低。有了这种优势，热处理炉尾气可以直接排入车间内而不至于影响车间生产环境。

2.结构因素：天然气热处理炉不需要依赖烟囱的抽力就能运行，不仅可以节省烟道和烟囱投资，还可以使炉子安装时不受烟道位置的限制，工艺流程布置更合理；

3.节能优势：天然气相比其它能源具有热值高，纯净度高，燃烧充分的优点，同时天然气节能炉顶的短小烟囱很容易制成热交换器，将燃烧所需要的助燃风进行预热，做成蓄热式燃烧系统，从而提高热效率。

近年来，国内外专家不断开发出有关在气氛保护下天然气退火炉中进行退火的新型热处理工艺及设备，以取代部分造价昂贵或性价比不高的热处理方式。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的制备方法及其应用，能够使辐条产品能够具有较好的强度，韧性和耐腐蚀性，性能优于国家现行标准及市面大部分产品性能。

为实现本发明的目的，采用下列技术方案。

本发明的辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝具有全奥氏体显微结构，本发明的创新之处主要在于采用了相较于传统电炉更为清洁的天然气能源对辐条用钢丝进行连续光亮退火,在连续光亮退火时，天然气退火炉炉管内通入氨分解装置分解产生的h2和n2形成保护气氛，防止全奥氏体显微结构的不锈钢丝氧化,炉膛通入清洁能源天然气对炉管进行加热，使温度分布均匀，经过连续光亮退火后的钢丝表面清洁光亮，得到半成品；之后，对半成品进行拉拔，采用拉丝机对钢丝进行单道次拉拔，减面率为预留的15％-25％的拉拔量，从而得到成品。

可选的，作为成品的辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的直径为1.8mm-3.0mm。

可选的，炉温为1070℃-1090℃，保护气氛为氨气分解产生的h2和n2，钢丝在炉中的时间小于1分钟。

本发明还提供了一种辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的制备方法在自行车辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的制备中的应用。

在冶金机械工程领域，热处理工艺是提高材料质量并延长其使用寿命的关键工序，也是充分发挥材料潜力、节约材料的有效途径。基于现有的热处理理论，结合实际条件与需求，本发明通过研究发现，通过采用上述工艺，本发明的辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝力学性能特别是抗拉强度性能优异，明显优于其他不锈钢产品。

有益效果：

本发明的辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝表面质量佳，力学性能好，1.8mm-3.0mm产品的抗拉强度均在1100mpa以上，明显高于同等规格尺寸的全奥氏体显微结构的不锈钢丝产品，且本发明的辐条综合力学性能优势明显，特别适用于自行车辐条。

附图说明

图1为线径为1.96mm的钢丝在1070℃，经过50s退火后试样金相组织。

图2为线径为1.96mm的钢丝在1070℃，经过45s退火后试样金相组织。

图3为线径为1.96mm的钢丝在1070℃，经过40s退火后试样金相组织。

图4为辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝的拉拔及热处理工艺流程图。

具体实施方式

以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的应用范围，其他应用领域等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定，本发明提供的辐条用全奥氏体显微结构的不锈钢丝制备方法如下：

(1)选用φ5.5mm的全奥氏体全奥氏体显微结构的不锈钢丝在拉丝机上进行多道次的连续拉拔，其中第一道次的减面率控制在35％左右，后面道次逐次递减，经过多道次的拉拔后，得到半成品，该半成品相对于成品的尺寸预留15％-25％的轻拉成品减面率；

(2)清洗半成品表面并干燥，然后将其通入炉温为1070℃且炉内通入氨分解装置分解产生的h2和n2为保护气氛的连续热处理炉中，钢丝在炉内1分钟以内，出炉后水冷，干燥；

(3)采用拉丝机对步骤2得到的钢丝进行单道次拉拔，减面率为步骤1中预留的15％-25％，得到成品全奥氏体显微结构的不锈钢丝直径为1.96mm。

如下表所示，表1列出了在相同温度(1070℃)、不同退火时间下用作生产自行车辐条的全奥氏体显微结构的不锈钢丝成品的力学性能对比，从表中可以看出在1070℃下经过不同时间的退火后全奥氏体显微结构的不锈钢丝的力学性能有差异，在误差允许的范围内比较发现，经过45s的热处理保温时间下全奥氏体显微结构的不锈钢丝表现的综合性能较好。

表1相同温度(1070℃)、不同退火时间下产品的力学性能对比

从表1中可以看出，在钢丝线径为1.96mm时，随着退火时间的缩短，钢丝的抗拉强度、屈服强度先降低后升高、延伸率先升高后降低。这是因为在退火过程中，退火时间大于45s时，退火时间相对较长，使拉拔过程的加工硬化消除的同时还伴随着再结晶后晶粒略微长大，如图1、图2所示，当退火时间小于45s时，退火时间进一步缩短，拉拔过程的加工硬化程度消除的同时还伴随着不太充分的再结晶过程，因此其强度较高且塑韧性较为不足，如图3所示。

最后，如图4所示可以看出不锈钢丝的拉拔及热处理工艺流程图，

(1)以φ5.5mm的314不锈钢丝盘圆为原材料；

(2)对原材料进行3道次拉拔，拉制成品规格，第一次拉拔由φ5.5mm拉拔至φ4.2mm，拉拔的减面率为23.6％；第二次拉拔由φ4.2mm左右拉拔至φ3.8mm左右，拉拔的减面率为9.5％；第三次拉拔由φ3.8mm左右拉拔至φ3.5mm左右，拉拔的减面率为7.9％。；

(3)用硫酸电解液对不锈钢丝进行酸洗，酸洗用硫酸电解液其浓度为15％；

(4)将酸洗后的不锈钢丝进行水洗；

(5)用预热炉对不锈钢丝进行烘干处理，预热炉长约1m，烘干温度为400℃，走线速度为5m/min；

(6)烘干后的不锈钢丝经退火炉进行退火，所述退火炉中分六个温度区域，温度区域每段长约1m，温度分别为5段1070℃及1段1080℃，同时通入氨气，氨气分解对退火过程进行保护，走线速度为5m/min；

(7)将退火后的不锈钢丝冷却，盘卷、包装得成品。

由此可以看出，上述工艺操作步骤主要包括：盘圈——粗拉5-10次——酸洗——水洗——烘干——连续光亮退火——水冷——油拉——性能检测——称重——包装——入库——出厂的步骤来完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。