CN1014997B - 钢丝的热处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

为获得精细珠光体结构的钢丝热处理方法有下列特征：

a.把金属丝[1)进行冷却，直至达到一个给定的温度，该温度要比Ac1的转化温度低；

b.向金属丝(1)通以电流(I)，并进行通风调节(Rb)，以便调节金属丝的温度，使其温度与始定温度相比上下偏差均不超过10℃；

c.冷却金属丝(1)。

实施该方法的装置。用该方法和装置所得到的金属丝。

Description

本发明涉及到金属丝，特别是碳钢丝的热处理方法和装置。这些金属丝适用于加固橡胶和/或塑性材料的物品，例如外胎。

这些热处理的目的在于：一方面增强金属丝的拉丝能力，另一方面是改善它们的机械性能和耐久性。

已知的这种类型的处理方法有二道工序：

-第一道工序是将金属丝加热，并使其温度保持在AC₃的转化温度以上，以便得到均匀的奥氏体;

-第二道工序是将金属丝进行冷却，从而获得精细的珠光体结构。

最惯用的是一种称作“钢丝韧化处理”的热处理方法：先将金属丝在800℃至950℃的温度下进行奥氏体化，紧接着浸入到温度为450℃至600℃的铅浴或熔盐浴中。

这样所得到的结果是令人满意的，尤其是在铅热处理的情况下，这些结果通常认为是由很高的对流率所引起的，也就是在金属丝和冷却流体之间产生的对流率。它一方面使得金属丝在AC₃的转化温度和稍高于铅的温度之间进行快速冷却，另一方面，在亚稳态奥氏体向珠光体的转化过程中使得“复晖”受到限制，而复晖就是金属丝的温度增加，这是由于冶金转化形成的能量比辐射和对流失去的能量更高的缘故。

因为金属液体或熔盐的操作使得工艺繁重，而且在韧化处理以后金属丝必然要清洗，因而就不幸造成成本提高。

另外，铅的毒性很大，由此带来的卫生保健问题势必导致需要化费很大的开支。

本发明的目的在于：在奥氏体向珠光体进行转化的过程中，不用熔融金属或熔盐进行热处理时，至少也能获得与上述韧化处理同样好的结果。

因此，本发明涉及到碳钢丝热处理的方法，以便获得精细的珠光体化结构，该方法的特征表现如下面的三个阶段：

a）将为得到均匀的奥氏体而预先保持在比AC₃转化温度高的温度下的金属丝进行冷却，一直冷到一个给定的温度，该给定温度比AC₁的转化温度低，而比亚稳态奥氏体向珠化体开始转化的转变曲线上的突出部（鼻子）的温度高，因而此时金属丝具有亚稳态奥氏体结构而无珠光体;

b）然后，在珠光体化以前对金属丝进行温度调节，使其温度与给定温度相比上下相差均不大于10℃，通过向金属丝通电流实施该温度调节，并在部分时间里同时进行通风调节;

c）然后对金属丝进行冷却。

本发明同时还涉及到实施前述的方法的装置。

为获得精细珠化体结构，对碳钢丝进行热处理的装置的特征包括：

a）对金属丝进行冷却的设备（金属丝已事先保持在比AC₃转化温度高的温度），这些冷却设备将金属丝冷却到一个给定温度，该给定温度比AC₁的转化温度低，而比亚稳态奥氏体向珠光体开始转化 的转变曲线上的突出部的温度高，因而金属丝具有亚稳态奥氏体结构，而无珠化体：

b）尔后是对金属丝进行温度调节的装置，在珠光体化以前，调节金属丝的温度使其与给定温度相比，上下相差均不超过10℃，这些调节设备包括给金属丝通电流的电器设备和通风调节设备;

c）再就是将金属丝进行冷却的设备。

本发明还涉及到利用本发明的方法和/或装置所得到的金属丝。

本发明将通过下面一些不是限定本发明的例子以及与这些例子相关的附图得以更好的理解：

-图1为使用本发明方法的简图;

-图2为使用本发明方法时，金属丝的温度，金属丝内的电流强度和通风速率随时间的变化;

-图3为本发明的一个装置的局部剖视图，它有5个冷却腔（enceinte）和一根中心线，该剖面图是按照此中心线绘制的;

-图4为本发明装置在图3中的第一个腔的局部剖面图，该剖面图是根据装置的中心线绘制的;

-图5为本发明装置在图3中的第一个腔的局部剖视图，该剖视图与该装置的中心线垂直，沿着图4的直线段Ⅴ-Ⅴ绘制的;

-图6为本发明装置在图3中的第二个腔的局部剖视图，该剖视图是根据该装置的中心线绘制的;

-图7为本发明装置在图3中的第二个腔的局部剖视图，该剖视图与该装置的中心线垂直，沿着图6的直线段Ⅶ-Ⅶ绘制的;

-图8为可以获得一个旋转气环的附加设备的剖视图，该附加设备可以用在本发明的装置中，其部分已表现在图3中，该剖面图与该装置的中心线垂直。

-图9为本发明的另一个装置，该装置包括装有圆筒的附加的分配设备;

-图10为图9所示装置中分配附加设备的更详细的剖视图，该剖视图根据该分配附加设备圆筒的中心线而作;

-图11为图9所示装置中分配附加设备的更详细的剖视图，该剖视图垂直于分配附加设备的圆筒的中心线，沿图10中的Ⅺ-Ⅺ线段绘制的;

-图12为本发明处理的金属丝的精细珠光体化结构的部分剖视图。

图1为实施本发明方法时所进行的流程图。

用一根碳钢丝的金属丝1。该金属丝1沿着流程上的箭头F方向而行，该行程含有点A、B、C、D。

本发明的方法包括三个阶段：

a）为获得均匀奥氏体而保在比AC₃转化温度高的金属丝在A点和B点之间得到冷却，直至金属丝1达到一个给定的温度，该温度比AC₁的转化温度低，而比亚稳态奥氏体开始向珠光体进行转化的转变曲线上的突出部的温度高，冷却用箭头Ra表示，该给定温度可以进行以后的由奥氏体到珠光体的转化，冷却Ra在很短的时间内完成，以便没有发生奥氏体向珠光体的转化，所以金属丝1在B点就具有亚稳态奥氏体结构而无珠光体。

b）在点B和C之间，对金属丝的温度进行调节，使其温度与给定温度相比，上下偏差均不超过10℃，珠光体化以前，温度的调节是通过给金属丝1通电流而实施的，同时还进行冷却，冷却用箭头R_b表示，该冷却由通风调节实现，即在金属丝1处于B点和C点之间的对其进行变速通风，该通风只在给金属丝1通电流的部分时间内进行。

金属丝1在B点和C点之间的电流通过由金属丝1的电流1e及箭头I表示，I表示电流1e里的电流强度，也就是金属丝1里的电流强度。

c）在C点和D点之间，将金属丝冷却到一个温度，例如冷却到与环境温度接近的温度，冷却用箭头Rc表示。

作为例子，冷却Ra和Rc也都由通风实现。

图2用图2A、2B、2C三幅图表示实施本发明方法时，时间与下面三个变量之间的关系：

-图2A表示金属丝1的温度变化;

-图2B表示金属丝1里的电流强度变化;

-图2C表示在冷却Ra、Rb、Rc时，通风速率的变化，即冷却气体速率的变化。

在这些图中，时间用T表示，温度用θ表示，电流强度用I表示，通风速率用V表示，时间在图上均用横坐标轴表示，θ、I、V均用纵坐标轴表示，为简化起见，假定点B和点C之间的温度θ为恒定。在图2A中温度在三个阶段的情况用θ_b表示，在b阶段的水平状的温度以及相对于在a和c阶段的温度降。另外，在电流强度I的图上用一个非零电流强度1_b的平台和一个零电流强度的平台表示三个阶 段，非零电流强度I_b的平台对应于方法的阶段（b），而零电流强度的平台对应于阶段（a）和阶段（c）。在阶段（b）时，通风调节既不用于该阶段的开始，也不用于该阶段的终了，而只在时间T_B1和T_B2之间才进行通风调节，所以阶段（b）包括三道工序。因此，本方法在图2中用时间o（相当于T_A，表示原点）、T_B、T_B1、T_B2、T_C、T_D分有五道工序，时间T₁、和T₂处于阶段（b）期间，本发明的实施在图2A的五道工序中获得，这五道工序使得钢丝1的结构得到改进。

工序1

当金属丝1到达点A以前，将其先加热到比AC₃转化温度高的温度，例如800℃和950℃之间，并将其保持在这个温度，以便获得均匀的奥氏体，当金属丝到达A点时，它的温度比AC₃的转化温度高，并且具有均匀的奥氏体结构。

在图2A中画出了亚稳态奥氏体开始向珠光体转化的转变曲线X₁和亚稳态奥氏体向珠光体转化结束的曲线X₂。曲线X₁上的突出部，也就是表示了与曲线X₁的最小时间Tm相对应的温度θ_P。

在点A和点B之间，即在时间零和TB之间，对金属丝1进行冷却，冷却速率最好快些，例如100℃·S^-1到400℃·S^-1，使金属丝1达到的给定温度θb比AC₁的转化温度低，而比奥氏体等温转变曲线上的鼻子（突出部）温度θ_P高，温度θb可以使得亚稳态奥氏体向珠光体转化。

工序1的持续时间参见图2C的温度轴上的P₁，工序1在图2中表现为温度θ的下降、电流强度I为零和高水平的通风速率Va，工序1与阶段（a）相对应。

在冷却过程中（最好快速冷却），“原体”的亚稳态奥氏体晶粒相互结合，冷却速度越快，则原体颗粒就越小，数量就越多。

原体（germe）是亚稳态奥氏体向珠光体转化的起点，而且已知珠光体是纤细的，所以原体数目越多，其颗粒越小，金属丝的价值就会越大。尤其在金属丝的直径大于1mm时，加快冷却速率的取得归功于具有良好强迫对流性能的冷却气体和较大的通风速率，例如对于径向通风，其速率为2-50m/s，对于轴向通风，其速率为10-100m/s。下面的工序2、3、4与阶段（b）相对应。

工序2

由于有电流强度I_b而无通风，所以金属丝1的温度维持在所选择的处理温度θb上。

在图2c中，时间T_B至T_B1的间隔表示工序2，金属丝1的温度为一固定值θ_b，其电流强度为固定值I_b，通风速率为零。

该热处理工序在自然对流的冷却壳里进行，在该工序中，形成原体的速率迅速提高，而其尺寸最小。

工序3

在该工序中，发生了亚稳态奥氏体向珠光体的转化，为避免金属丝的温度升高，即复晖（recalescence）（由于奥氏体向珠光体进行冶金转化所带来的能量），在对金属丝1维持电流强度I_b的同时进行通风调节。在图2C中，工序3的持续时间用时间T_b1和T_b2之间的间隔P₃表示，金属丝1的温度保持在恒定的θ_b，电流强度保持在固定值I_b，通风调节按下列方式进行：在时间T_b1时即在该工序开始时，通风速率很小或者等于零，尔后为了达到最大值V_M，通风速率增加。然后为在时间T_B2，即本工序终了时的值达到很小或零，降低通风速率。

对通风进行调节，也就是说在每个时刻都有一个值，使得金属丝因对流和辐射所失去的能量与焦耳效应获得的能量及亚稳态奥氏体……＞珠光体转化得到的能量之和相等。

例如，最大的通风速率V_M在径向通风时在2m.s^-1至50m·s^-1之间，在轴向通风时在10m·s^-1至100m·s^-1之间。在径向通风时，最好用涡轮或喷射旋转气环获得通风速率V，或在轴向通风时，最好用与金属丝轴向平行的气流获得通风速率V。这就如后面描述的那样。

工序4

该工序与时间T_B2和T_C之间的间隔相对应，金属丝1总是通着电流强度I_b，金属丝1的温度总等于θ_b，但是没有进行通风，也就是通风速率为零，珠光体化的时候很容易使一种钢变成另一种钢，该工序4的目的在于：在时间T_b2时即珠光体化尚未结束的情况下，避免让金属丝1过早地进入如下述工序5中所进行的冷却。

工序4的持续时间用图2C中的时间间隔P₄表示，在图2A中，BC线段横过曲线X₁和X₂之间的区域ω，时间T_B1与线段BC和曲线X₁的交点相对应，时间T_B2与线段BC和曲线X₂的交点相对应，在时间T增加的方向上，点B落在 区域ω的前方，也就是无珠光体的范围，奥氏体处于亚稳态。而点C落在区域ω的落面，也就是在奥氏体全部转化成珠光体态的范围。图2C中的通风调节与线段BC穿过区域ω的时间间隔相对应。然而，与穿过区域ω并不完全对应的时间间隔中，同样可以进行通风调节。例如，当整个处于区域ω的时间，间隔很短的情况下，为了考虑到放热惯性，或是为了考虑改变钢质量的可能性，使时间间隔比该穿过ω的时间更长的情况时。

工序5

本工序与阶段（C）相对应，金属丝1中没有电流通过，最好用高的速率V_c对金属丝进行通风，V_c比工序1时的通风速率高，目的是为了加快冷却。在该最后的工序中，并不一定要求进行快速冷却，但是快速冷却可以减少总的热处理时间，因而缩短了装置长度。作为例子，Vc的值在图2c中的Va和VM之间，但可以视不同的情况而定。

本工序5用图2C中的时间间隔P₅表示，其对应于时间T_C和T_D的间隔，在该工序5结束时，金属丝1的温度可以接近室温或等于环境温度。

既然θ、T、I、V的值可以随钢的种类而改变，A_c3、A_c1的值以及X₁、X₂曲线的形状也可随钢改变，因此其实际值没有标注在图2A、2B、2C的坐标上。

为陈述和实施简便起见，在工序2、3、4时，也就是阶段（b）时，假定金属丝1的温度不变并等于θ_b。本发明与阶段（b）时的情况相符。金属丝1的温度与温度θ_b相比上下偏差均不超过10℃，温度θ_b是在工序1结束时的温度。然而，金属丝的温度最好尽可能接近温度θ_b，在阶段（b）时，最好使得金属丝1的温度与温度θ_b相比，上下偏差均不超过5℃。

在前面描述的实施中，阶段（a）和（c）时，也就是工序1和5时均无电流在金属丝1中通过，但是本发明包括了这些情况：至少在这些工序之一的部分时间内或这二个工序之一的部分时间内给金属丝1通有电流，这有利于在同一装置中对过程的状况灵活地进行调节，使其适应于多种级号的钢。在考虑了可通入电流的因素后，就确定了可以获得冷却Ra和Rb的设备。

为实施前述的本发明的方法的本发明的装置在图3至图7中表示。

能够同时放置8根金属丝1的装置2为有中心线XX′的圆柱形状，图3是根据该中心线作的装置2的剖视图，图3中看到2根金属丝1。

装置2有五个用E₁、E₂、E₃、E₄、E₅表示的腔，金属丝沿着箭头F的方向从E₁向E₅前进，编号P₁、P₂、P₃、P₄、P₅与在腔E₁至E₅中的五个工序一致（图3）。

图4和图5进一步详述了E₁、图4是根据XX′中心线作的剖视图，图5是与中心线垂直的剖视图，图5的剖面是沿着图4的直线V-V的视图，XX′中心线在图5中用字母O表示。

腔E₁的外部是一个圆柱形的套筒3，套筒3有外壁4和内壁5，套筒3用流体6，例如用水进行冷却，流体6在壁4和壁5之间流动，内壁5上有许多散热片7，散热片7围绕XX′中心线呈圆环形。

腔E₁有一组机动-鼓风机8，机动-鼓风机8由马达9构成，例如电马达，它可以带动二个涡轮10绕XX′中心线旋转，每个涡轮均装有散热片11，把金属丝放在散热片11和内壁5之间。

这组机动-鼓风机可以搅动冷却气体12形成绕箭头F₁方向旋转的气环（图5），气环120对应于将散热片11和内壁5分隔开的体积，因而形成了金属丝1的径向通风。

散热片7可以使气体12和水6之间产生良好的热交换。

用二块中空圆板13将腔E_c与外部及后面的腔E₂进行空气动力学绝缘，中空圆板装满冷却流体，例如水。圆板13上有8个可让金属丝1通过的开口15。

腔E₁与工序1相对应，当金属丝1进入腔E₁时，金属丝就有一个比AC₃转化温度高的温度，因而它们就具有均匀的奥氏体结构，并迅速在腔E₁中得到冷却，一直冷却到比Ac₁的转化温度低，而比奥氏体等温转变曲线上的鼻子温度θp高的温度θb。温度θb可以使得亚稳态奥氏体向珠光体转化，而该转化还不能在腔E₁中产生，因为具有温度θb的金属丝1的潜伏期T_B1尚未达到，金属丝1保持奥氏体结构。

然后金属丝1进入腔E₂，腔E₂在图6、图7中进行详细描述，图6是根据中心线XX′的剖视图，图7是与中心线XX′相垂直的剖面图，腔E₂在图7中的中心线XX′用字母O表示。图7是沿着图6中的直线段Ⅶ-Ⅶ的剖视图，腔E₂中没有机动-鼓风机组，每根 金属丝1在二个通电的滚棒16之间通过，例如铜滚棒。在腔E₂的入口，这些滚棒可以对每根金属丝内通以电流强度为Ib的电流，该电流从腔E₂通到将在后面进行更详细的描述的腔E₄。金属丝1里的电流均是由变压器17提供的，该变压器17的电压是U，每个变压器17均由可控硅装置18进行控制。

在任何时候，都可以在金属丝1中，将焦耳效应吸收的热和辐射及对流放出的热建立起平衡，因此金属丝1的温度可以被调节到与腔E₁出口所达到的温度相同的温度，即θb。为简化图示，图3中只画出了一个变压器17和一个可控硅装置18。腔E₂的外部是一个中空圆柱套筒19，冷却流体20在套筒19中流动，例如水。圆柱套筒19消没散热片，这是因为在腔E₂内，金属丝1和冷却气体12之间的热交换量很小，鉴于它们之间有自然对流，也就是说，不用机械方式使得气体12运动。

腔E₂对应于工序2，即在腔E₂中，原体加速形成亚稳态奥氏体的颗粒聚集，而尚无奥氏体向珠光体的转化。

然后金属丝进入腔E₃，腔E₃与腔E₁类似，但有如下的差异：

-有多组机动一鼓风机8沿着轴线XX′一个挨着一个地放置;

-每根金属丝1都通有电流强度Ib。

由于各组鼓风机8进行通风调节，即在腔E₃的入口处涡轮10的旋转速度是很小的。为了通过最大值，通风速率沿着中心线XX′增大，以致通风速率通过最大值V_M。尔后朝着腔E₃的出口沿箭头F方向，通风速率下降。最大速率V_M与腔E₁里的通风速率不同。机动-鼓风机组8的速率可以用变速器21进行调节，变速器21对电马达9（图3）起作用，它可以根据排出的热能进行通风调节。腔E₃与工序3相对应，即在腔E₃里，有奥氏体向珠光体的转化，该转化在金属丝的温度θ_b时进行，这种转化放出的热量约为100，000J·Kg^-1，该速率在腔E₃的金属丝1的进出口之间变化着。这种情况下，金属丝1内部形成的热量是金属丝1的电流产生的焦耳效应所生成的热量和奥氏体-珠光体转化时放出的热量的总和，奥氏体-珠光体转化时放出的热可以是焦耳效应所起的热量的2-4倍。

因此必须加速热交换。该热交换可以依仗上述的径向通风调节实施，而径向通风调节是用多组机动-鼓风机8获得的。

然后金属丝1再进入腔E₄，腔E₄与上述的腔E₂是相同的，差别在于滚棒16放在腔E₄的出口，在所有实际时间P₄中，金属丝1都通有电流，在该段时间内，它们处于腔E₄内。此外，金属丝1仍保持温度θb。

腔4与工序4相对应，其目的在于把把金属丝1的温度保持在θ_b，这无疑是为了在到工序5开始进行冷却前实现全部珠光体化。

其后金属丝1再进入腔E₅，腔5与腔1相同，腔E₅与工序5对应，它对金属丝1进行冷却，直到例如接近环境温度。冷却并不一定要求很快，但为了缩短装置2的长度，最好还是进行快速冷却。为了简化装置2的拆装和安装，用多个套筒构件3a组成套筒3，套筒构件3a可以用法兰22进行装配。

与限定腔E₁的圆板13类似的一些圆板13均置于腔E₂、E₃之间，腔E₃、E₄之间，腔E₄、E₅之间以及腔E₅的出口处。调整器21可以根据需要改变腔E₁、E₅中马达9的速率（图3）。

腔E₁、E₃、E₅中的每个马达9都可以用相对于轴线XX′对称的板23进行固定。板23具有将马达9进行固定的底24和能用法兰22将其固定在套筒3上的外环25（图4），外环25上钻有孔26以便让金属丝1通过。

对于冷却气体的“气体”一词，应当包含在很一般的概念里，例如它可以是单一气体，也可以是氢和氮的混合气体。

实例：

通过下面三个实例可以更好地理解本发明。该处理是在前述的装置2里进行的。

所用的钢的成分列于下面的表1中（重量的百分比）

所用的金属丝的各种性能和与奥氏体化相关的数据都表示在下面的表2中。

在与本发明方法相符的任何处理情况中，对于每个实例，应注意如下性能：

金属丝的数量：8，每根金属丝的行进速率：1m/s;所有的在装置2中的冷却气体12的特性列于下面的表3中，该气体是氢和氮的混合气体，其组成根据金属丝的直径而变。

腔E₁、E₅各有一组机动-鼓风机8、腔E₃有5组，对于图3所示的腔E₃来说，该5组机动-鼓风机的编号按箭头F的方向是：由8-1至8-5， （为作图简便起见，机动-鼓风机组8-3没有在图3中表示出来）。

由工序1到工序5期间，金属丝1的处理特性列于下面的表4中。

所得到的金属丝的机械性能列于下面的表5中：

因而，由方法展示了本发明的特性，在奥氏体向珠光体转化的过程中，该方法避免使用了熔融金属，例如铅，或避免使用了熔盐，这是由于把金属丝的焦耳效应产生的热量与通风调节结合起来了，所以本发明具有以下的优点：

-安装简单，使用方便;

-不要对处理的金属丝进行清洗，例如，可以对金属丝镀上黄铜然后原样地控制;

-因为无任何可怕的毒性，所以不存在卫生保健问题。

最好有如下的关系：

-金属丝1的直径至少等于0.3mm，至多等于3mm;金属丝1的直径至少等于0.5mm，至多等于2mm为较佳;

-工序1时，金属丝1的平均冷却速率为100℃/s至400℃/s;

-工序2至工序4期间，金属丝的温度θb在450℃至600℃之间;

-工序3时，气环的最大有效速率从2m/s变至50m/s;

-工序1时，气环的最大有效速率从2m/s变到50m/s。

除了涡轮，还可以用其他的方法得到旋转气环，作为例子，图8所示的附加设备30可以不用涡轮获得旋转气环，例如，该附加设备30至少可以代替上述腔E₁、E₃、E₅中的一个。图8是与装置2的中心线XX′垂直作的剖视图，中心线XX′在图8中用字母O表示，附加设备30的外部是圆柱套筒31，套筒31有外壁32和内壁33。冷却流体34，例如水在壁32、33之间的流动，附加设备30的里面被一个圆筒35所限定，一组喷射器36将冷却气体12送入筒33和35形成的环形空间37内，金属丝1与中心线XX′相平行地放在空间37里，气体12在喷射器36出口时的速率用箭头F₃₆表示，该速率实际上有一个与中心线XX′相垂直的方向，也就是与金属丝1垂直，这其实就是与一个具有中心线XX′的设想圆筒相切，而金属丝1相对于中心线等距离地置于这个假想的圆筒上，也就是说喷射是切向的。因而就可以得到一个其实际速率与中心线XX′垂直的中心线的气环38。喷射器36出口处的气流速率值为气环38速率值的2-10倍，用管道39将气体12送出附加设备30，气体12的出口速率用箭头F₃₉表示，喷射器36的开口360置于和中心线XX′平行的线上，相邻的二个开口360相互隔开，例如相隔20-30cm。出口管道39的开口390同样也是如此。为简化图示，图8中只画了一个喷射器36和一个返回管道39。

压缩机40将气体12提供给喷射器36，并通过管道39吸收从附加设备30出来的气体12。

用收集器41分配送入喷射器36的气体，并借助于阀42来调节附加设备30里的通风速率，阀42装在每个喷射器36的入口，这些阀可以调节喷射器36里的气体12的流量。

在气体进入压缩机40以前，收集器43收集来自管道39的气体12。

当压缩机40为容积式时，把一个压力调节器44安装在喷射收集器41和返回收集器43之间，以保持恒定的压差。

为有利于热交换，将绕中心线XX′呈环形的散热片45固定在内壁33上。

为使压缩机40更好地适应附加设备30的需要，最好用变速马达带动压缩机40运转，或在马达和压缩机40之间用一个变速箱。

在所述装置2和附加设备30中，冷却气体径向地，以气环的形式进行循环，气环绕着与金属丝平行的轴转动。

本发明也适于至少有部分冷却气体进行轴向循环的情况，就如图9中描述的那样。图9的装置50有一个吹风机51，吹风机51可以把冷气体12送入分配附加设备52中，附加设备52在图10、11中作进一步的详细描述，附加设备52有一个带中心线YY′的圆筒53，圆筒53置于环形腔54里。中心线YY′与穿进环形腔54里的金属丝1平行。图10是通过中心线YY′和金属丝1的平面作的剖视图，图11是垂直于中心线YY′，并沿着图10的直线段Ⅺ-Ⅺ作的剖视图。

来自管道55的气体12切向地送入腔54，箭头F₅₅表示气体从管道55出来的方向，实际上与圆筒53相切并与中心线YY′相垂直，图11中用字母Y表示中心线YY′。因此进入室54的气体形成绕中心线YY′转动的气环520，该转动在图10、11中用箭头F₅₂表示，在室54外面的金属丝1，按照箭头F的方向，进入到室54 前后的二根管子56里，这二根管子56与室54相通。所以绕室54里的金属丝1流动的气体有一部分是径向的。尔后气体12沿着管子56流出，并离开室54，因而是沿着彼此相反的箭头F₅₆方方向、平行于金属丝1流出的、即气体的流动是轴向的。

来自管子56的滗清管道57可以让气体12流出管子56，因为管道57与汇集管58相通，汇集管58又与出口管59相通。由管子59出来的气体又回入鼓风机51进行再循环，为简化起见，该行程并没有在图中表示出来。所以，通过阀60对每一个滗清管道57里的气体12的流量进行调节，从而调节沿着管道56的通风，因而也调节了沿着金属丝1的通风。在管子56的每一截里，（每一截管子用号56-1到56-4标注），气量12随其离开附加设备52沿着箭头F₅₆的方向而降低，也就是说通风，即冷却沿着该方向降低。冷却效果在附加设备52里时为最大，附加设备52可以使得金属丝1进行部分径向通风，而管子56里的通风是轴向的，也就是说气体12按照箭头F₅₈的方向与金属丝1相平行地流出，冷却气体12所吸收的热的金属丝1的热量通过水/气热交换器61带走。为描述简单，在附加设备52的二边只画出四截管子56-1到56-4，但是对于管子56，也可以用不是4截的管子，这些分截的管子沿着56-1到56-4渐进的方向离开附加设备52。

装置50可以用于与发明相对应的方法的工序3，以替代机动-鼓风机组8，由此可以简化其工艺。

与装置50相类似的通风方式也可以用在适于本发明方法工序1和/或工序5中;但在这种情况下，不一定要求进行通风调节，只要在离开附加设备52的最远处的管子56的每一端，装上一根滗清管道57就足够了。

气体的轴向流出技术要比径向流出技术简单，但它对于冷却直径为2mm以上的金属丝就不够，在这种情况下，冷却气体应当采用径向流出技术。

正如已描述的那样，在阶段（a）和/或（c）时，给金属丝1通入电流是可以有好处的，在这种情况下，利用适于本发明方法的装置可以在上述这些阶段期间，给金属丝1通入电流，例如用类似前述的滚棒16的设备。

在前述的实施例中，金属丝1里的电流可以通过焦耳效应从电压U的电源得到，也可以由感应得到，然而，焦耳效应的装置更好，因为这类装置更容易实施。

依照本发明处理的金属丝1，具有与公知的铅淬火方法所得到的金属丝相同的结构，即精细的珠光体结构，这种结构具有被铁素体层分开的碳化三铁层。作为例子，图12剖视了这种精细珠光体结构的一部分70，该部分70有二个平行的碳化三铁层71，它们被铁素体层72所分开，碳化三铁层71的厚度用“i”表示，铁素体层72用厚度“e”表示。珠光体结构是精细的，也就是说i+e的和的平均值最多等于1000 ，其均方根误差为250

。

当然，本发明并不局限于上述的实施例。

表1

成分

例子    C    Mn    Si    S    P    Al    Cu    Cr    Ni

1    0.85    0.7    0.2    0.027    0.019    0.082    0.045    0.060    0.015

2    0.7    0.6    0.22    0.029    0.018    0.084    0.049    0.062    0.014

3    和例1的成分相同

表2

例    金属丝的性能

Acl转化温    奥氏体化温度    奥氏体化加热的平均    金属丝的

子 度（℃） （℃） 速率（℃·S^-1） 直径（mm）

1    721+1-3    920    390    1.3

2    723+1-3    920    395    1.3

3    和例1相同    0.82

表3

金属线的直径（mm）    氢的体积%    氮的体积%

1.3    40    60

0.82    20    80

表4

例子的编号

处理性能

1    2    3

工序1

金属丝的初始温度（℃）    900    与例1的工序1相同    与例1的工序1相同

金属丝的终了温度（℃）    550    与例1的工序1相同    与例1的工序1相同

涡轮直径（mm）    150    与例1的工序1相同    与例1的工序1相同

涡轮的旋转速率    695    与例1的工序1相同    390

（每分钟转的次数）

气环的有效速率    4.2    与例1的工序1相同    2.3

（m·s^-1）（通风的速率）

冷却的平均速率    120    与例1的工序1相同    与例1的工序1相同

（℃·s^-1）

从721℃到550℃所需的    1.6    与例1的工序1相同    与例1的工序1相同

时间（S）

工序(P₁)的持续时间（S）2.9 与例1的工序1相同 与例1的工序1相同

表4（接上页）

例子的编号

处理的性能

1    2    3

工序2

金属丝的温度（℃）    550±5    550±5    55±5

每个电流强度（A）    22.8    22.8    10.8

工序（P₂）的持续 0.7 0.8 0.7

时间（S）

工序3

金属丝的温度（℃）    550±5    550±5    550±5

每个电流强度（A）    22.8    22.8    10.8

气环的有效速率（通风

速率）：

组8-1（m·S^-1） 1.2 1.1 0.7

组8-2（m·S^-1） 4.8 3.9 2

组8-3（m·S^-1） 6.2 6.6 3.3

组8-4（m·S^-1） 3 4.2 2.1

组8-5（m·S^-1） 0.9 1.2 0.5

工序（P₃）的持续

时间（S）    2.7    2.6    2.7

表4（接上页）

例子的编号

处理的性能

1    2    3

工序4

金属丝的温度（℃）    550±5    550±5

每个电流强度（A）    22.8    与例1的工序4相同    10.8

工序（P₄）的持续

时间（s）    1    与例1的工序4相同    1

工序5

金属丝的初始温度(℃)550±5  与例1的工序5相同  与例1的工序5相同

金属丝的终了温度（℃）    100    与例1的工序5相同    与例1的工序5相同

涡轮的直径（mm）    150    与例1的工序5相同    与例1的工序5相同

涡轮的旋转速率（每分钟    765    与例1的工序5相同    430

转的次数）

气环的有效速率

（m·s^-1）（通风速率） 4.6 与例1的工序5相同 2.6

冷却平均速率（℃·s^-1） 90 与例1的工序5相同 与例1的工序5相同

工序（P₅）的持续 5 与例1的工序5相同 与例1的工序5相同

时间（s）

表5

例子    延伸0.2%的弹性极限（MPa）    断裂载何（MPa）

1    1020    1350

2    1010    1270

3    1040    1360

Claims (27)

1、为获得精细珠光体结构对碳钢丝进行热处理的方法，该方法的特征体现在下面三个阶段：

a)将已经保持在比AC₃转换温度高的温度下的金属丝(为了获得均匀的奥氏体)进行冷却，直到金属丝达到一个给定的温度，该温度低于AC₁的转化温度，而高于亚稳态奥氏体向珠光体开始转化的曲线上突出部的温度，因而金属丝就有一个亚稳态的奥氏体结构而无珠光体；

b)尔后，在珠光体化以前，对金属丝进行温度调节，使其温度与给定温度相比上下不超过10℃，该调节是通过向金属丝通电流而实施的，在该阶段的部分时间内同时进行通风调节；

c)然后冷却金属丝。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于它有下面五道连续的工序：

-工序1期间，将已经维持在比AC3转换温度高的温度下的金属丝进行冷却，直至金属丝达到给定温度，尔后在下面的工序2、3、4中，对金属丝的温度进行调节，使得该温度与给定温度相比，上下不超过10℃，通过向金属丝通电流实施这种调节：

-工序2期间，没有进行通风;

-工序3期间，进行通风调节;

-工序4期间，没有进行通风;

然后在工序5时冷却金属丝。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于：在珠光体化以后对金属丝进行冷却，直至接近环境温度。

4、根据权利要求2的方法，其特征在于：在珠光体化以后对金属丝进行冷却，直至接近环境温度。

5、根据权利要求1到4的任一方法，其特征在于通风调节至少有部分径向通风。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于径向通风呈现为旋转的气环状，其最大速率最少等于2m/s，最多等于50m/s。

7、根据权利要求1至4的任一权利要求的方法，其特征在于通风调节至少是部分轴向通风。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于轴向通风的最大速率至少等于10m/s，至多等于100m/s。

9、根据权利要求1至4的任一权利要求的方法，其特征在于：珠光体化以前的冷却和/或珠光体化以后的冷却，至少有一部分是由纵向和/或轴向通风进行的。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在珠光体化以前的冷却期间，该通风至少是部分地具有旋转气环状的径向通风，其速率至少等于2m/s，至多等于50m/s，或速率在10m/s到100m/s之间的轴向通风。

11、根据权利要求1至4的任一权利要求的方法，其特征在于金属丝的直径至少等于0.3mm，至多等于3mm。

12、根据权利要求11的方法，其特征在于金属丝的直径至少等于0.5mm，至多等于2mm。

13、根据权利要求1至4的任一权利要求的方法，其特征在于：珠光体化以前的冷却是以平均速度为100℃/s到400℃/s进行的。

14、根据权利要求1至4的任一权利要求的方法，其特征在于：在阶段（b）时，金属丝的温度与给定温度相比上下相差均不到5℃。

15、一种为获得精细珠光体结构对连续的碳钢丝进行热处理的装置，其特征在于包括：

（a）限定原先保持在高于AC₃转化温度的温度下的碳钢丝穿过其内传送的第一围绕物、以及其中包括了用以把该碳钢丝冷却至低于AC₁转化温度高于亚稳态奥氏体向珠光体转化开始的曲线鼻子处温度的给定温度的冷却设备的设备，该碳钢丝存在于所述第一围绕物内时具有亚稳态奥氏体结构而无珠光体;

（b）限定所述第一围绕物下游的第二围绕物、且其内包括了把该碳钢丝的温度在长于珠光体化时间的一段时间内调节至高于或低于所述给定温度不超过10℃的设备的设备，所述调节设备包括用以使电流流过该碳钢丝使该碳钢丝发热的设备，以及为该碳钢丝提供调节通风使该碳钢丝冷却的设备，

（c）限定第二围绕物下游的第三围绕物、且其内包括了用以冷却该碳钢丝的设备的设备。

16、根据权利要求15所述的装置，其特征在于：使金属丝在珠光体化以前和/或以后进行冷却的设备是通风设备。

17、根据权利要求15或16的装置，其特征在于通风设备至少可以获得部分径向通风。

18、根据权利要求17的装置，其特征在于通风设备至少有一个涡轮。

19、根据权利要求18的装置，其特征在于调节通风设备包括多个涡轮和可以改变涡轮速率的设备。

20、根据权利要求17的装置，其特征在于通风设备至少有一个切向喷射的喷射器，使得旋转气环处于运动之中，喷射速率与金属丝垂直。

21、根据权利要求20的装置，其特征在于通风调节设备有多个切向喷射的喷射器，以及调节喷射器内气量的设备。

22、根据权利要求15的装置，其特征在于通风设备至少可以部分地获得轴向通风。

23、根据权利要求22的装置，其特征在于通风调节设备具有顺着金属丝改变气体流量的滗清管道。

24、根据权利要求15的装置，其特征在于，所述第一、第二和第三围绕物各自包括一个有内外壁及直线轴的圆筒形套筒，所述第一、第二和第三套筒依该次序同线地耦接在一起。

25、根据权利要求24的装置，其特征在于，各围绕物中用以使该碳钢丝通风的设备包括至少一台装在套筒内绕其直线轴旋转的鼓风机以及用以驱动所述至少一台鼓风机的电动机装置，从该套筒的内壁径向向内伸出的多片环形散热片和所述鼓风机限定了该碳钢丝穿过其传送的环形空间。

26、根据权利要求25的装置，其特征在于，要热处理的多条导线同时穿过所述环形空间而被传送。

27、根据权利要求24的装置，其特征在于，所述装置包括用以冷却所述套筒的设备。

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