專利名稱:鋼絲低溫復(fù)合水浴處理方法
本發(fā)明屬于一種鋼絲熱處理方法。
目前國內(nèi)外中碳鋼和高碳鋼鋼絲的中間熱處理和最終熱處理都廣泛采用百余年來的傳統(tǒng)工藝-高溫空氣正火和高溫鉛淬火。在中間熱處理生產(chǎn)中，許多根鋼絲加熱好后，相距很近，并排地從溫度約為500℃的鉛槽上面通過，進(jìn)行空氣正火。實(shí)際上其冷速相當(dāng)?shù)?，顯著低于單根鋼絲空冷時(shí)的速度。為了保證鋼絲在上述條件下獲得正火鋼的強(qiáng)度極限(對碳含量＞0.6%的鋼絲，σb為80～100公斤力/毫米2)，不得不將鋼絲正火加熱溫度提高到900℃以上，甚至高達(dá)980℃。因此，帶來能源消耗和金屬氧化損失增大、酸洗任務(wù)加重、奧氏體晶粒粗化等一系列的缺點(diǎn)。
高溫鉛淬火的唯一優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)穩(wěn)定，比較易于保證成品鋼絲的機(jī)械性能。但其缺點(diǎn)很多，但相當(dāng)嚴(yán)重。例如，造成環(huán)境污染，引起“鉛中毒”，生產(chǎn)投資大(一條生產(chǎn)線大小鉛槽各一個(gè)，用鉛量達(dá)52噸以上，而且還需一套除鉛塵裝置)，生產(chǎn)消耗大(因鉛蒸發(fā)和鋼絲“掛鉛”而造成的鉛消耗為每處理一噸鋼絲要消耗鉛5～8公斤)，能源消耗較多(鋼絲加熱溫度高達(dá)920～950℃或者更高)，作業(yè)環(huán)境的溫度較高，以及存在許多長期不能解決的技術(shù)難題(如鉛槽過熱區(qū)、掛鉛、壓輥起槽等)。所以，自本世紀(jì)四十年代以來，一直在尋求取代鉛淬火的新方法，曾研究過的方法有鹽浴淬火、流動(dòng)粒子冷卻處理、間歇式多次水冷加通電回火、水浴處理等。這些方法因各自存在不同的缺點(diǎn)而未能投入生產(chǎn)實(shí)踐。
自七十年代以來，國內(nèi)外一直從事對鋼絲進(jìn)行沸水(加入0.5%肥皂或聚乙烯醇)處理以取代鉛淬火的研究。根據(jù)日本資料(“鐵
鋼”，1978，VO1、64，NO4，S221)報(bào)導(dǎo)，將高溫加熱的鋼絲浸入帶隔板的沸水槽中，通過隔板來控制鋼絲在水槽中停留時(shí)間，然后出水槽空冷。這種方法雖然可使有些線徑的鋼絲(對60＃鋼，直徑為1～1.5毫米;對75＃鋼，直徑為2～3毫米)獲得與鉛淬火相同的強(qiáng)度，但其它線徑的鋼絲強(qiáng)度則比鉛淬火鋼絲低很多。而且，效果也不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)脆斷，因此未能投入正式生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種鋼絲低溫復(fù)合水浴處理方法，使鋼絲在中間熱處理時(shí)，可保證將鋼絲正火加熱溫度降至800～820℃;使鋼絲在最終熱處理時(shí)，既可保證鋼絲加熱溫度降至820～840℃以及其機(jī)械性能達(dá)到鉛淬火鋼絲的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且生產(chǎn)穩(wěn)定，又能克服鉛淬火工藝存在的一系列缺點(diǎn)。
本發(fā)明是依靠在沸水中對準(zhǔn)鋼絲噴壓縮空氣來降低鋼絲的加熱溫度，其氣壓大于3個(gè)大氣壓。在中間熱處理時(shí)，鋼絲加熱至800～820℃后，，浸入帶10個(gè)噴氣咀的純沸水中冷卻適當(dāng)時(shí)間，再出水，空氣冷卻。在最終熱處理時(shí)，將鋼絲加熱至820～840℃，在冷速較大，而又不引起脆斷的介質(zhì)中停留適當(dāng)時(shí)間，轉(zhuǎn)入溫度為500～720℃的三區(qū)防脆爐中繼續(xù)相變足夠時(shí)間后，才出爐空冷。
附圖是鋼絲進(jìn)行低溫復(fù)合水浴處理的生產(chǎn)流程示意圖。
鋼絲從放線筒〔1〕進(jìn)入電極〔2〕和〔4〕，進(jìn)行接觸電加熱至820℃，浸入水槽〔3〕，穿過由噴管〔6〕噴出的一定數(shù)量的壓縮空氣流〔5〕，當(dāng)鋼絲表面溫度降至450～500℃時(shí)，出水面，轉(zhuǎn)入三區(qū)防脆爐〔7〕繼續(xù)相變，最后出爐空氣冷卻，并在收線筒〔8〕卷取。
因鋼絲種類和直徑不同，所采取的冷卻方式有差別。對彈簧等較低強(qiáng)度的鋼絲和細(xì)徑的制繩鋼絲，采取在變溫水槽中進(jìn)行冷卻。水槽上部溫度(距水面約100毫米處)保證在95℃以上，而水槽下部溫度(距水面約300毫米處)控制在80～90℃之間。對制繩等較高強(qiáng)度鋼絲(直徑大于1.6毫米)，采取在沸水中噴壓縮空氣來進(jìn)行冷卻。高溫鋼絲在沸水中因周圍形成一層蒸汽膜而顯著降低鋼絲的冷卻速度，當(dāng)鋼絲進(jìn)入壓縮空氣流〔5〕(見附圖)中時(shí)，因高壓高速氣流將鋼絲周圍的蒸汽膜吹破并帶走。但是，當(dāng)它離開空氣流時(shí)，因接觸沸水又會形成一層新的蒸汽膜，鋼絲表面溫度因沸水的汽化會迅速降溫;當(dāng)鋼絲進(jìn)入第二個(gè)噴咀所射出的空氣流時(shí)，其周圍的蒸汽膜又會被全部吹走，如此反復(fù)，來加快鋼絲的冷速。
為了使鋼絲在最終熱處理時(shí)，生產(chǎn)穩(wěn)定，不出現(xiàn)脆斷，可在沸水中加入0.2%肥皂或復(fù)合防脆劑。在中間熱處理時(shí)，也可以直接采用純沸水。
為了使鋼絲在進(jìn)入三區(qū)防脆爐后最快地將表面溫度提高到550℃以上，三區(qū)防脆爐第一段的溫度區(qū)應(yīng)控制在650～720℃，第二段的溫度區(qū)則控制在500～600℃，第三段的溫度區(qū)需根據(jù)鋼絲直徑和三區(qū)防脆爐長度來確定，一般在300～720℃之間。細(xì)徑鋼絲取下限，粗徑鋼絲取上限。鋼絲穿過空氣爐后，應(yīng)使相變進(jìn)行完畢，至少應(yīng)保證鋼絲在出三區(qū)防脆爐后不再轉(zhuǎn)變成馬氏體。
為了解決鋼絲在水浴處理生產(chǎn)過程中上線的困難，本發(fā)明中還專門設(shè)計(jì)了一套不帶電的上線裝置，將一個(gè)公用的壓線輥改為24個(gè)壓線盤。特別適合于采用接觸電加熱鋼絲的生產(chǎn)條件。
與目前國內(nèi)外鋼絲生產(chǎn)中廣泛采用的傳統(tǒng)熱處理工藝-高溫空氣正火和高溫鉛淬火，或者已有的水浴處理方法對比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)(1)、無公害在鉛淬火時(shí)，由于鉛槽中鉛液的蒸發(fā)以及鋼絲上“掛鉛”在拉絲時(shí)變成鉛粉塵飛揚(yáng)，使熱處理車間的最高鉛濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)23倍，廠區(qū)的鉛塵濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)67.6倍，以致鋼絲繩廠的職工容易引起鉛中毒而造成職業(yè)病。鋼絲繩廠廢水含鉛量超過國家標(biāo)準(zhǔn)2.5倍，使工廠周圍的居民和農(nóng)作物都遭到污染。本發(fā)明則一掃對人體健康和環(huán)境的危害。
(2)、節(jié)能無論鉛淬火或者已有的水浴處理方法，其鋼絲加熱溫度都是高溫加熱，而本發(fā)明因?qū)摻z中間熱處理的加熱溫度由900～980℃降至800～820℃;將最終熱處理的加熱溫度由920～950℃降至820℃～840℃，從而使能源消耗量減少。以年產(chǎn)三千噸鋼繩廠為例，中間熱處理每年可節(jié)電48萬度，最終熱處理可節(jié)電20萬度。每年共可節(jié)電68萬度。
(3)、低成本本發(fā)明的生產(chǎn)投資費(fèi)和生產(chǎn)消耗比鉛淬火低很多。對年產(chǎn)鋼繩三千噸而言，一般需建兩條生產(chǎn)線，需鉛104噸，約26萬元;兩條生產(chǎn)線上的除鉛塵設(shè)備需5萬元，鉛耗損為18噸(按每噸鋼絲耗鉛6公斤計(jì)算)，約4.5萬元;節(jié)電68萬度，約5.4萬元，共計(jì)40.9萬元。此外，因?yàn)殇摻z氧化損失的減輕、酸液消耗的減少，所節(jié)省的經(jīng)費(fèi)與復(fù)合水浴時(shí)消耗的0.2%肥皂或復(fù)合防脆劑的開支相近，兩相抵消，所以只剩下復(fù)合水浴處理的生產(chǎn)投資費(fèi)。低溫沸水正火的設(shè)備投資為2萬元，低溫復(fù)合水浴處理的設(shè)備費(fèi)為3萬元，共計(jì)為5萬元。由此可見，本發(fā)明可使年產(chǎn)三千噸鋼繩的工廠第一年節(jié)約生產(chǎn)投資和生產(chǎn)消耗共約36萬元，以后每年可節(jié)省生產(chǎn)消耗約10萬元。
(4)、因鋼絲加熱溫度降低，氧化減輕，可增加金屬的收得率，縮短酸洗時(shí)間和降低酸洗液消耗。由于鋼絲上不掛鉛，使酸洗質(zhì)量和拉絲效率都提高。
(5)、降低了操作環(huán)境的溫度，取消了鉛液上的復(fù)蓋物(木碳粉或石灰等)，減少了粉塵，從而大大改善了車間的衛(wèi)生條件。
(6)、取消了鉛淬火生產(chǎn)中長期以來存在的老大難問題，如鉛槽過熱區(qū)、掛鉛、壓輥起槽等。
(7)、已有的水浴處理方法在水槽中安裝一個(gè)公用的壓線導(dǎo)電輥，當(dāng)生產(chǎn)上需要穿線時(shí)很困難，需帶電作業(yè);本發(fā)明采用24個(gè)壓線導(dǎo)電盤，專門設(shè)計(jì)了一套不帶電上線裝置。
本發(fā)明適用于各種碳素鋼和低合金鋼，直徑小于10毫米的各類鋼絲的熱處理。
下面是本發(fā)明的兩個(gè)最佳實(shí)施例。
65＃碳鋼鋼絲，從盤條(φ6.5毫米)拉至直徑5.5毫米時(shí)進(jìn)行中間熱處理，于820℃加熱1分20秒，浸入純沸水中12.1秒后，出水空氣冷卻。所得機(jī)械性能如表1所示，沸水正火后再拉絲至直徑4.7毫米，進(jìn)行最終熱處理。在本發(fā)明專門設(shè)計(jì)的低溫復(fù)合水浴處理生產(chǎn)線上進(jìn)行。加熱方式為電接觸加熱。鋼絲加熱溫度為830～840℃，浸入變溫水槽，水槽上部溫度為90～93℃，下部溫度為80℃;鋼絲在水槽中浸水時(shí)間為19秒，然后進(jìn)入爐長為5米的電阻絲加熱的三區(qū)防脆爐。爐溫分布為第一區(qū)為700℃，第二區(qū)為560～580℃，第三區(qū)為700℃。所得機(jī)械性能如表1。正火鋼絲要求達(dá)到的性能標(biāo)準(zhǔn)是碳含量為表1 65＃鋼鋼絲在中間熱處理和最終熱處理后的機(jī)械性能
0.56～0.65%，直徑為3.8～6.5毫米時(shí)，強(qiáng)度極限應(yīng)在75～95公斤力/毫米2，延伸率＞9%。鉛淬火鋼絲的性能標(biāo)準(zhǔn)是碳含量為0.64～0.67%，直徑為4.0～4.9毫米，強(qiáng)度極限應(yīng)在109～119公斤力/毫米2之間。
實(shí)施例二65＃鋼鋼絲，在直徑為5.5毫米時(shí)進(jìn)行低溫復(fù)合水浴處理，加熱溫度為820℃，加熱時(shí)間為81秒，水溫為92℃，浸水時(shí)間為9.8秒;鋼絲穿過裝有壓縮空氣噴管的沸水槽，出水溫度為420～430℃，進(jìn)入溫度分布為650-550-650℃的三區(qū)防脆爐，出爐空冷。所得機(jī)械性能為強(qiáng)度極限的平均值為112.3公斤力/毫米2，標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.39公斤力/毫米2，延伸率平均值為8.8%，標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.53%。鉛淬火鋼絲的性能標(biāo)準(zhǔn)是0.64～0.67%碳鋼，直徑為5.0～5.9毫米時(shí)，強(qiáng)度極限在108～118公斤力/毫米2之間。
權(quán)利要求
1.一種適用于鋼絲熱處理方法，包括冷卻采用熱水，本發(fā)明的特征在于中間熱處理時(shí)，鋼絲加熱溫度一般為800～820℃，在水槽中冷卻采用沸水中噴壓縮空氣，最終熱處理時(shí)，鋼絲加熱溫度一般為820～840℃，在冷速較大，不引起脆斷的介質(zhì)中冷卻，再在三區(qū)防脆爐繼續(xù)相變。
2.據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，本發(fā)明的特征在于最終熱處理時(shí)，細(xì)徑的制繩鋼絲或低強(qiáng)度鋼絲在變溫水槽中冷卻，上述水槽的上部溫度大于95℃，下部溫度為80～90℃。
3.據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，本發(fā)明的特征在于高強(qiáng)度鋼絲的冷卻介質(zhì)是在沸水中噴壓縮空氣。
4.據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的方法，本發(fā)明的特征在于最終熱處理時(shí)在沸水中加入復(fù)合防脆劑。
5.據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，本發(fā)明的特征在于中間熱處理時(shí)沸水一般用純沸水。
6.據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，本發(fā)明的特征在于鋼絲出水槽溫度一般為450～550℃。
7.據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，本發(fā)明的特征在于三區(qū)防脆爐的爐溫一般為500～700℃。
8.據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，本發(fā)明的特征在于有一套不帶電的上線裝置，采用24個(gè)壓線導(dǎo)電盤。
專利摘要
一種適用于鋼絲熱處理方法，采用低溫復(fù)合水浴處理中間熱處理時(shí)，將鋼絲加熱至800～820℃，浸入噴壓縮空氣的純沸水中冷卻適當(dāng)時(shí)間，再出水空氣冷卻；最終熱處理時(shí)，將鋼絲加熱至820～840℃，在冷速較大，而又不引起脆斷的介質(zhì)中冷卻后，轉(zhuǎn)入溫度為500～720℃的三區(qū)防脆爐中繼續(xù)相變足夠時(shí)間，才出爐空氣冷卻。本方法適用于各種碳素鋼和低合金鋼，直徑小于10毫米的各類鋼絲的熱處理。
文檔編號C21D9/52GK85100352SQ85100352
公開日1986年8月27日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者譚玉華 申請人:湖南省湘西材料與熱處理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan