[发明专利]将碳钢丝热处理成优质珠光体组织的方法和装置

说明书

本发明涉及将碳钢丝热处理优质珠光体组织的方法和装置。这些钢丝主要用于加强橡胶和/或塑料制品，例如轮胎的外胎。

这种热处理的目的一方面是提高钢丝的拉丝性能，另一方面是改善其机械性能和使用寿命。

已知的这类处理方法包括两段：

-第一段是加热钢丝，为了得到均匀的奥氏体而让其温度保持高于转化温度AC3。

-第二段是冷却钢丝以得到优质珠光体组织。

最常用的一种方法是称之“铅淬火”的热处理方法。该方法是在900℃-1000℃温度下将钢丝奥氏体化，再将其浸入铅溶液或浸入温度保持在450℃-600℃的熔盐浴中。

这样处理的结果很好，尤其是用铅进行热处理时更是如此，这归因于钢丝与冷却流体之间进行对流的系数很高，这种对流一方面使处于转化温度AC3与略高于铅温度之间的钢丝迅速冷却，另一方面限制了由亚稳定奥氏体转化成珠光体期间的“金属骤放热”，这种金属的骤放热使钢丝温度升高，这归因于由冶金变形所产生的能量大于因辐射和对流所损失的能量。

铅淬火成本高，因为控制液态金属或熔盐需要复杂的技术，钢丝在铅淬火处理后还需要清洗，另外，铅是很毒的，所造成的环境污染问题还要消耗大量的资金。

法国专利申请号86116705介绍了一种将碳钢热处理成优质珠光体组织的方法，其方法是调节钢丝由奥氏体转化成珠光体期间的温度，使之与低于转化温度AC1和高于珠光体始点温度的给定温度或高或低不相差10℃，其调节方式是让电流通过钢丝的时间超过珠光体化的时间，并在其一段时间内供给可调通风。这种方法不需使用液态金属或熔盐，并解决了环境污染问题，处理后的钢丝也不用清洗，要求设备简单，工作灵活方便。然而，该方法需要压缩机或涡轮机提供可调通风。这样，投资与生产费用就要相对增加。其次，只有钢丝的直径较小，例如最大直径为了3mm时，该方法才能在工业上使用。

本发明的目的是提供不用液态金属或熔盐及强制通风，就能实现钢丝由奥氏体转化成珠光体组织的方法，并能处理直径相差很大的钢丝。

因此，本发明是将至少一种碳钢丝热处理成优质珠光体组织的一种方法，钢丝在用本发明方法处理前保持高于转化温度AC3，以得到均匀的奥氏体，该方法的特征在于下列几点：

a）冷却钢丝，其温度由高于转化温度AC3降至低于转化温度AC1;

b）然后在低于转化温度AC1的温度下进行珠光体化处理;

c）让钢丝通过至少一根充有气体，实际无强制通风的管子进行冷却和珠光体化处理，其管外是载热流体，钢丝通过气体和管子向载热流体传热;

d）选择管、钢丝和气体的特性以满足下列关系式，至少在珠光体化前的冷却处理阶段是如此：

1.05≤R≤15    （1）

5≤K≤10    （2）

定义：

R＝D_ti/D_f

K＝〔log（D_ti/D_f）〕×D²_f/λ

式中，D_ti是管的内径，单位mm;D_f是钢丝直径，单位mm，该直径最大等于6mm;λ是在600℃下所测定气体的导热率，单位W·m^-1·°K^-1，log是自然对数。

本发明还涉及至少一根碳钢丝热处理成优质珠光体组织的装置，在此处理前，钢丝温度保持高于转化温度AC3，以得到均匀的奥氏体。该装置的特征在于下列几点：

a）有能将钢丝由高于转化温度AC3冷却至低于转化温度AC1的部件;

b）有在低于转化温度AC1下能进行珠光体化处理的部件;

c）该冷却与珠光体化的部件有至少一根管子，以及使钢丝通过该管的部件，其管充有气体。实际上不强制通风，管外有载热流体，以便钢丝通过气体和管子向载热流体传热;

d）选择管、钢丝和气体的特性以满足下列关系式，至少在珠光体化前的冷却阶段是如此：

1.05≤R≤15    （1）

5≤K≤10    （2）

定义：

R＝D_ti/D_f

K＝〔log（D_ti/D_f）〕×D²_f/λ