[发明专利]在锡中淬火钢线材，以及由此获得的钢线材

说明书

技术领域

本发明涉及等温淬火(patenting)钢线材的方法。更具体而言，按照第一方面，本发明涉及以无铅工艺淬火或退火钢线材的方法，即本发明涉及碳钢纤丝的受控冷却。

按照第二方面，本发明涉及由该方法获得的碳钢线材和由这样的碳钢线材冷拉的钢纤丝。

按照第三方面，本发明涉及连续受控地冷却碳钢线材的设备。

发明背景

冷拉碳钢纤丝在本领域是已知的。此类钢纤丝的应用无处不在：电梯中的钢丝绳、轮胎用钢丝帘线、锯开脆而硬材料的线材等。通常这些冷拉碳钢线材的最终直径为0.02毫米至最高1.5毫米。施加冷拉以获得最终直径和提高钢纤丝的拉伸强度。但是，拉伸的程度有限。拉伸程度越高，钢纤丝变得越脆，越难以进一步降低钢纤丝的直径而不导致过多的纤丝断裂。过度拉伸的纤丝像玻璃那样断裂。市售盘条直径通常为5.50毫米或6.50毫米。由盘条直径直接拉伸至极细的直径是不可能的。

上述有限的拉伸程度是多个拉伸步骤与一个或多个中间热处理交替进行的原因。这些热处理将该钢纤丝的内部金属组织修复至原始组织，以致可能发生进一步的变形而不提高纤丝断裂的频率或提高线材的脆性。该热处理通常是淬火处理，即加热直至高于奥氏体化温度(约1000℃)，接着将该钢纤丝冷却至500℃到680℃，由此将奥氏体转换为珠光体。注意，技术术语“淬火”通常仅用于经受这种特定热处理的钢线材。

钢的奥氏体相是其中碳溶于铁的面心立方晶胞中的相。珠光体是被铁素体相分开的极微细薄片形式的渗碳体——碳化铁Fe₃C的混合物。在奥氏体相冷却过程中当碳从铁立方晶胞中排出时，形成珠光体。

在钢线材上可能发生的另外热处理造成钢线材的不同性质。例如，消除应力用于提高线材的整体延展性。在此类方法中，线材由环境温度加热至约400℃至500℃，在此过程中发生导致有益性质的晶粒再结晶。

现有技术已经提供了对钢线材快速和精确地施加具体温度的几种方法。从经济的角度来看，此类方法必须以连续方式进行：从轴至轴。在这种方法中，线材与其周围的热交换必须快速和剧烈。最重要的是，在相转换过程中温度保持恒定。因为相转换本身可产生热，这不像看起来那样明显。从奥氏体相向珠光体相的转换例如是放热的。

可以简单描述决定线材冷却的参数。在处于T_最终的环境(具有大的热容量)中，在长度“L”(以m计)上处于温度‘T’(以K计)下的具有直径“d”(以m计)和比热容“c_p”(以JK^-1kg^-1计)的一段钢线材的热含量“ΔQ”(以J计)为：

ΔQ＝c_钢ρ_钢(πd²L/4)(T-T_最终)

每单位时间通过相同线材的表面的热损耗速率为：

(dΔQ/dt)＝-g(πd L)(T-T_最终)

其中“g”是钢线材与其周围的介质之间(不考虑辐射损耗)的传热系数(Wm^-2K^-1)。因此，该钢线材段的温度以指数方式随衰减常数而降低：

T＝c_钢ρ_钢d/(4g)

在3×T秒内，钢线材的温度接近最终温度T_最终，即冷却介质的温度(只要该线材在该介质中停留足够长)。由此，淬火过程中最重要的可控参数是清楚的：线材直径“d”，传热系数“g”和介质的T_最终。

可以在铅或铅合金中进行该冷却阶段或转换阶段，如在GB-B-1011972(提交日1961年11月14日)中公开的那样。从冶金学的角度来看，这是获得适于进一步拉伸该钢线材的金属组织的最佳方式。原因在于，考虑到熔融的铅与该钢线材(高“g”)之间的良好传热和可以控制在400至600℃之间(铅在600.5K，327℃下熔融)的铅浴温度(T_最终)，由奥氏体向珠光体的转换对于所有切实可行的线材直径“d”是快速且相当等温的。这使得由此转换的钢线材具有小的晶粒尺寸，非常均匀的金相组织和该淬火线材的中等拉伸强度的低离散性。但是铅浴可导致严重的环境问题。由于铅对环境的负面影响，立法越来越禁止铅。此外，铅可与钢线材一起被带出，导致在该钢线材下游加工步骤中的质量问题。因此，多年来越来越需要在钢线材加工中避免铅并提供替代性的转换或冷却方法。