CN107723435B - 在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法及装置 - Google Patents

在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法及装置，主要通过亚共析钢在奥氏体温度区形成高度弥散细小的高碳浓度区域，在随后冷却到珠光体转变温度时，这些细小的高碳浓度区域能够促进过冷奥氏体珠光体相变“浓度起伏”的要求，从而改变亚共析钢珠光体相变条件，提高珠光体形核率与转变速率。从而得到先共析铁素体含量低，珠光体团尺寸细化的全珠光体组织。该方法包括利用感应加热和离心风机风冷，首先亚共析钢线材通过预处理获得均匀的片层珠光体组织。随后在奥氏体化温度与过冷奥氏体伪共析相区反复的加热冷区1‑5次，最后过线材加热到奥氏体化温度后快速冷却到500‑600℃温度区间，即可完成珠光体相变。

Description

在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法及装置
技术领域
本发明涉及金属线材微观组织性能与相变过程控制领域，属于金属线材制品加工领域。
背景技术
普通碳素钢盘条是生产钢丝(线材)的主要原材料，而细珠光体组织(索氏体)是线材的重要组织。为了提高线材的韧性，盘条钢的碳含量一般主要在0.6-0.7％C的亚共析范围，由此可以降低珠光体组织中渗碳体片层厚度，提高韧性[1]。但是在亚共析钢范围内，则容易出现先共析铁素体，块状的先共析铁素体在冷拔过程中会导致位错在铁素体中大量缠接，造成应力集中，从而在拔丝过程中断裂，因此在线材冷变形加工领域，都希望得到高索氏体化率的盘条(索氏体化率＞95％)。
从钢的组织性能关系来说，珠光体钢的强度主要受片层间距影响，而其塑韧性主要受晶粒尺寸和团尺寸影响，对[2-4]冷变形线材，高的塑性有利于其冷拔拔制性能，细化的原奥氏体晶粒可以提高塑性，但根据Hall-Petch关系，屈服强度σ0.2将随晶粒的细化而增加，这一现象是完全不利于钢丝冷变形的需要的，因为钢丝制造需要通过冷拔变形来实现，屈服强度的提高会提高拔制卷线动力，从而加大设备负荷。同时细化晶粒也会导致过冷奥氏体等温转变C曲线左移，加快先共析铁素体的转变，这也不利于索氏体化率的提高[5]，因此单纯细化晶粒并非是高性能冷板线材的最佳选择。
目前珠光体线材的生产制造过程中，只针对珠光体团尺寸的控制来说，还没有单一的控制手段。一般来说，原奥氏体晶粒细小，在相变过程中，能够提供形核位置的晶界密度较大，则其珠光体团尺寸相对细小，而对于力学性能的改变，较难准确分辨是珠光体团尺寸细化的影响还是晶粒尺寸细化的影响。
本发明的背景就在于此，上述背景中涉及以下参考文献。
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发明内容
本发明的目的是提供一种在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法及装置，以解决上述背景技术中提到的问题。
本发明的技术方案如下：
首先，本发明的这种在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法，是通过将亚共析碳素钢线材在奥氏体相区与共析温度以下(伪共析相区)反复加热冷却，在奥氏体中获得具有细小弥散的高碳微区，增加过冷奥氏体在珠光体转变过程中的形核率与转变速率，抑制亚共析钢中的先共析铁素体，获得珠光体团尺寸细化的全珠光体组织。
具体的，该方法包括如下步骤：
步骤1，将亚共析线材加热到Ac3以上奥氏体温度区完成奥氏体化，然后以100-200℃/s快速风冷冷却到亚共析钢伪共析转变区停留2-120秒，获得细化的屈氏体组织(极细珠光体)；
步骤2，随即将线材快速加热到亚共析钢相变点Ac3点以上10-100℃的奥氏体区后，以100-200℃/s再快速冷却到Ac1温度以下的伪共析区，然后再次加热到Ac3点以上10-100℃的奥氏体区，再次冷却到伪共析区，多次重复这个温度区间的加热冷却过程；
步骤3，随后将加热到奥氏体温度的线材快速冷却到Ac1温度以下常规珠光体转变温度500-600℃区间等温完成珠光体相变。
步骤2中所述加热冷却过程是利用高频加热来满足亚共析钢快速加热的要求，同时利用风冷装置进行冷却；通过同时布置几套连续加热及冷却装置，从而对线材进行连续的加热冷却要求。
进一步的，前述的连续加热及冷却装置由高频加热感应圈以及紧靠的离心鼓风机风冷设备构成，能实现刚将线材加热到奥氏体温度就马上进入风冷的冷却范围；该装置在生产线上重复布置，让线材从起点走到终点的过程中自动连续完成反复加热冷却过程。
具体的，本发明的一种用于上述方法的装置，该装置包括预处理区以及依次设置在此区后的循环加热冷却区和珠光体转变区，待处理线材沿其运动方向依次穿过上述三个区；在三个区位于待处理线材运动路线上方均设有至少一个风冷设备，在每个区沿该运动路线上设有至少一个感应线圈，待处理线材穿过该感应线圈，每个感应线圈连接一个高频感应器。
进一步的，在预处理区待处理线材运动路线上设有保温套筒，待处理线材穿过该保温套筒。风冷设备从上向下对待处理线材的运动路线吹冷风。
本发明通过在亚共析钢奥氏体状态形成均匀弥散分布，尺寸细小的高碳浓度区域，为在珠光体等温转变温度区间等温的过冷奥氏体形核提供成分起伏条件，提高珠光体转变的形核率，从而加速珠光体转变速率，由于珠光体形核率的提高，在不改变晶粒尺寸条件下，完成珠光体转变后能够获得尺寸细小的珠光体团，以及高的索氏体化率，由此提高珠光体线材的塑性性能。满足亚共析高碳珠光体线材冷拔加工需要。
附图说明
图1是本发明的亚共析钢循环细化珠光体组织原理示意图；
图2是本发明中的流程示意图；
图3是常规直接等温所得珠光体团EBSD示意图；
图4是本发明处理所得珠光体EBSD示意图；
图5是常规560℃直接等温珠光体团示意图；
图6是通过本发明技术方案所得到的珠光体团示意图。
附图标记说明：1-预处理区，2-循环加热冷却区，3-珠光体转变区，4-待处理线材，5-感应线圈，6-风冷设备，7-高频感应器，8-保温套筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的任何限制。
本发明是通过相变过程循环进行，在奥氏体微区实现高密度，细小的高碳区，来满足过冷奥氏体在珠光体相变过程中“浓度起伏”的要求，提高珠光体转变的形核率，从而加速珠光体转变速率，由于珠光体形核率的提高，在不改变晶粒尺寸条件下，完成珠光体转变后能够获得尺寸细小的珠光体团，以及高的索氏体化率。
以下内容请参阅图1-图6：
图1为本发明中的技术方案原理，以0.66％C含量为例如图中黑色点画线位置，图中的伪共析区为Ac1温度以下虚线包含的区域。其中①②③④⑤区域分别代表的是0.66％C含量线材的升温降温过程，整个过程中线材成分未发生改变，因此其所对应的各相变点也未发生改变。其中①为预处理过程，就是线材加热到奥氏体化后，被快速冷却到伪共析区中“珠光体转变温度”，首先获得细化的珠光体组织，然后再次加热到奥氏体相区，在保持一段时间后，开始从奥氏体相区重新冷却到Ac1以下的伪共析区，如②阶段，到了伪共析相区保温后再快速加热回到Ac1以上的奥氏体相区，如③阶段。如此在奥氏体温度与伪共析区温度范围可以反复循环2-5次，如④所示，随后，在奥氏体相区短时保温后，直接冷却到“珠光体转变温度”范围，完成珠光体转转变⑤。由此可以在亚共析钢中获得尺寸细小的珠光体团，以及高的索氏体化率。
本发明方案的实现，可通过图2所示的加热冷却生产线来自动、快速的完成：图中箭头指示待处理线材4的运动方向，第一个区为预处理区1，待处理线材4进入感应线圈5被加热到奥氏体温度后，在保温套筒8中完成全奥氏体化，随后运动出保温套筒8快速被风冷设备6风冷到珠光体转变温度，获得片层珠光体组织，完成预处理。随后待处理线材4运动进入循环加热冷却区2，该区主要负责线材在奥氏体化温度与伪共析相区温度之间上下波动，在该区域，可以布置多个加热风冷装置来完成连续多次循环加热冷却的需要。在完成循环后，进入珠光体转变区3，在该区中被快速奥氏体化，然后直接冷却到珠光体转变温度，获得高索氏体化率以及尺寸细小的珠光体团，完成处理，进入其他生产流程。
实施例1：
对亚共析0.68％C的70#盘条用钢预拔制为3.2mm的钢丝，进行重新索氏体化处理。高频感应器7功率为40Kw，感应线圈5内直径10mm，预处理区1开到400A功率，经过预处理区1感应加热以及套筒保温8后，通过作为风冷设备6的离心鼓风机冷却到540℃左右完成预处理，此时获得的是细小的珠光体原始组织。随后再利用高频加热和风冷设备6，在820-580℃区间内连续的加热冷却，完成细化循环，随后加热到860℃左右，完成奥氏体化后被快速风冷到550℃，完成珠光体转变，获得高珠光体组织百分含量，细小珠光体团尺寸的组织。图3为奥氏体化后直接等温珠光体组织与EBSD，图4为通过相区循环所得到的珠光体团尺寸与EBSD，其中黑线所包围的块状就是珠光体团，其间部分区域可观察到未解析出的珠光体片层影像，从中可明显观察到，图3的亚结构团尺寸，明显比图4要粗大。
图5是直接等温转变所得珠光体扫描电子图像，图6是通过本发明的循环所得到的珠光体扫描电子图像，其中图5珠光体团尺寸明显比图6粗大，同时图5中还有先共析铁素体存在，如圈中所示，因此可认为通过本发明的技术方案，可以提高亚共析钢索氏体化率，并且明显细化珠光体团尺寸。
以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法，其特征在于：通过将亚共析碳素钢线材在奥氏体相区与共析温度以下反复加热冷却，在奥氏体中获得具有细小弥散的高碳微区，增加过冷奥氏体在珠光体转变过程中的形核率与转变速率，抑制亚共析钢中的先共析铁素体，获得珠光体团尺寸细化的全珠光体组织；
该方法包括如下步骤：
步骤1，将亚共析线材加热到Ac3以上奥氏体温度区完成奥氏体化，然后以100-200℃/s快速风冷冷却到亚共析钢伪共析转变区停留2-120秒，获得细化的屈氏体组织；
步骤2，随即将线材快速加热到亚共析钢相变点Ac3点以上10-100 ℃的奥氏体区后，以100-200℃/s再快速冷却到Ac1温度以下的伪共析区，然后再次加热到Ac3点以上10-100 ℃的奥氏体区，再次冷却到伪共析区，多次重复这个温度区间的加热冷却过程；
步骤3，随后将加热到奥氏体温度的线材快速冷却到Ac1温度以下常规珠光体转变温度500-600 ℃区间等温完成珠光体相变。
2.根据权利要求1所述的在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法，其特征在于：步骤2中所述加热冷却过程是利用高频加热来满足亚共析钢快速加热的要求，同时利用风冷装置进行冷却；通过同时布置几套连续加热及冷却装置，从而对线材进行连续的加热冷却要求。
3.根据权利要求2所述的在亚共析钢线材中获得细化的全珠光体组织的方法，其特征在于：所述连续加热及冷却装置由高频加热感应圈以及紧靠的离心鼓风机风冷设备构成；该装置在生产线上重复布置，让线材从起点走到终点的过程中自动连续完成反复加热冷却过程。
4.一种用于实现权利要求1-3中任意一项所述的方法的装置，其特征在于：该装置包括预处理区（1）以及依次设置在此区后的循环加热冷却区（2）和珠光体转变区（3），待处理线材（4）沿其运动方向依次穿过上述三个区；在三个区位于待处理线材（4）运动路线上方均设有至少一个风冷设备（6），在每个区沿该运动路线上设有至少一个感应线圈（5），待处理线材（4）穿过该感应线圈（5），每个感应线圈（5）连接一个高频感应器（7）。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：在预处理区（1）待处理线材（4）运动路线上设有保温套筒（8），待处理线材（4）穿过该保温套筒（8）。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述风冷设备（6）从上向下对待处理线材（4）的运动路线吹冷风。
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