CN108034802A - 一种钢丝的热处理方法及其生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢丝的热处理方法及其生产设备。钢丝的热处理方法包括如下步骤：(1)加热处理：将钢丝加热(优选送入热处理炉中进行加热)；(2)淬火：将加热后的钢丝送入淬火装置中进行控温冷却，淬火装置采用分段控温制度。本发明的淬火装置采用分段控温方式，有效控制淬火后得到的片层间距较小、团尺寸细小的索氏体组织，从而保证其显微组织的稳定性，提高钢丝的抗拉强度和疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢丝的热处理方法及其生产设备。
背景技术
热处理钢丝通过加热到AC3以上的温度，经保温一段时间，随后进入恒温介质中进行冷却，以获得索氏体化组织，确保成品钢丝获得最终优良的机械性能，目前基本上都是采用直接加热到预热温度，该方式能耗较高，且钢丝温度或环境很小的变化都会引起钢丝加热环境的变化，一旦过热将使得奥氏体晶粒显著粗化，在随后的淬火中形成魏氏体组织，使钢丝强度降低、脆性增大，影响产品质量和稳定性；另外，在淬火过程中，需要精确控温，一旦温度较低或较高，会使得钢丝的显微组织发生变化，进而影响其力学性能。
另外，钢丝酸洗后进行磷化处理，使钢丝表面产生一层磷酸盐膜，便于钢丝拉拔和使钢丝有一定的防蚀能力，但磷化后也需要进行水冲洗，将钢丝表面多余的磷化液清冼干净，便于皂化处理，此清洗水中含有磷、锌、氮等元素，需要进行污水处理后才能排放，处理成本高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钢丝的热处理方法及其生产设备，能够保证钢丝显微组织的稳定性，提高钢丝的性能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种钢丝的热处理方法，包括如下步骤：
(1)加热处理：将钢丝加热(优选送入热处理炉中进行加热)；
(2)淬火：将加热后的钢丝送入淬火装置中进行控温冷却，淬火装置采用分段控温制度。
优选地，还包括：
(3)冷却：淬火后的钢丝进行冷却；
(4)酸洗：冷却后的钢丝进行酸洗(优选送入酸洗池进行酸洗)，进一步去除钢丝表面的氧化铁皮，便于钢丝进行磷化涂层；
(5)第一次水冲洗：酸洗后的钢丝用水冲洗，去除钢丝表面的酸性液体；
(6)磷化：水冲洗后的钢丝进行磷化(优选送入磷化池进行磷化)，使钢丝表面产生一层磷酸盐膜；
(7)第二次水冲洗：磷化后的钢丝进行第二次水冲洗，将钢丝表面多余的磷化液清冼干净，便于皂化处理；
(8)皂化：经过磷化的钢丝送入皂化处理装置，进行皂化处理。
优选地，步骤(1)中，所述加热处理为分段加热处理；更优选地，每一段加热温度在不同的区间范围内，且后一段温度范围高值不高于前一段温度范围低值；进一步优选地所述分段加热包括四段，第一段加热温度980-990℃，第二段加热温度960-970℃，第三段加热温度950-960℃，第四段加热温度940℃，在第四段温区的保温时间为2-4min。
优选地，步骤(2)中，后一段温度高值不高于前一段温度低值；优选地，淬火装置采用三段控温制度，第一段温度580-590℃，第二段温度570-580℃，第三段淬火温度560℃±5℃。
优选地，步骤(3)中，送入水冷却装置进行冷却；更优选地，水冷却温度为60-80℃，利用淬火温度与水冷却温度的差值，使钢丝表面40％以上的氧化铁皮自动剥离。
优选地，步骤(8)中，皂化温度75-85℃，PH值控制在8-9。
优选地，步骤(7)中，二次水冲洗后的废水进入回用水装置中，可以不经过处理直接回流到步骤(6)的磷化池内，进行循环利用。
优选地，计算磷化池每小时添加的水量和第二次水冲洗的水排放量，控制水排放量小于添加的水量。
优选地，步骤(8)后还包括：
(9)烘干：将钢丝烘干。
优选地，还包括：
(10)收线：将钢丝烘干后，收线和储存。
本发明另一方面还提供了一种专用于上述方法的生产设备，包括依次设置的热处理炉、淬火装置，其中，淬火装置采用分段控温制度。
优选地，还包括依次设置的水冷却装置、酸洗池、一次水冲洗装置、磷化池、二次水冲洗装置、皂化处理装置；优选地，还包括回用水装置，二次水冲洗后的废水可以不经过处理直接回流到磷化池内，进行循环利用；优选地，还包括烘干装置；进一步优选地，还包括收线装置。
优选地，热处理炉中的加热烧嘴采用抽风降压燃烧设计，并采用调功器测量炉内温度。
淬火装置包括三段控温区，在淬火装置底部的第一段控温区设有风冷管，温度过高时可自动降温，第二和第三段控温区设有水冷管道，进行循环冷却。
回用水装置中无需检测水中含有的元素含量，并利用水位的压力差，设定水位高度，通过自动压力，把水回流到磷化池内，优选利用浮球原理自动加水。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下的有益效果：
(1)本发明的热处理炉采用分段加热方式，通过精确控制各段温度，能够减轻环境变化对钢丝组织性能的影响，保障产品的机械力学性能；且分段充分利用了各段的余热，有利于降低能耗，加热后，钢丝得到完全均匀、一致的奥氏体组织，很好满足了工艺要求。
(2)本发明的淬火装置采用分段精确控温方式，使钢丝中的奥氏体晶粒转变为索氏体，得到片层间距较小、团尺寸细小的均匀一致的索氏体组织，保证其显微组织的稳定性，提高钢丝的抗拉强度和疲劳寿命。
(3)淬火后的水冷却步骤，利用淬火温度与水冷却温度的差值(优选220-240℃)，使钢丝表面40％以上的氧化铁皮自动剥离，可节约酸的损耗35％，从而降低废酸处理的成本，达到节能环保的作用。
(4)热处理钢丝表面磷化后第二次水冲洗的废水进入回用水装置中，可以不经过处理直接回流到磷化池内，进行循环利用，减少废水排放量，降低了水消耗量，同时降低了废水处理的成本，达到绿色节能环保的效果。
(5)热处理炉中的加热烧嘴采用抽风降压燃烧设计，不同于常规的有压燃烧，使整个燃烧加热系统工作稳定。
(6)在淬火装置中进行分段淬火时，为防止温度过高，在淬火装置底部第一段控温区设有风冷管，温度过高时可以自动降温，第二和第三段控温区设有水冷管道，进行循环冷却。
(7)本发明的回用水装置无需检测水中含有的元素含量，因为磷化后的钢丝需要水清洗，水中含有的物质满足磷化液所需的物质含量，并利用水位的压力差，设定水位高度，通过自动加水，把水回流到磷化池内，减轻了人工劳动强度，提高了生产效率，适用于工业自动化生产线。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中钢丝的热处理生产设备示意图。
其中，1.热处理炉，2.淬火装置，3.冷却装置，4.酸洗池，5.第一次水冲洗装置，6.磷化池，7.第二次水冲洗装置，8.回用水装置，9.皂化处理装置，10.烘干装置，11.收线装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，本发明提供了一种钢丝的热处理的方法，具体包括如下步骤：
(1)加热处理：将钢丝加热(优选送入热处理炉中进行加热)；优选地，所述加热为分段加热；更优选地，每一段加热温度在不同的区间范围内，且后一段温度范围高值不高于前一段温度范围低值；进一步优选地，所述分段加热包括四段，第一段加热温度980-990℃，第二段加热温度960-970℃，第三段加热温度950-960℃，第四段加热温度940℃，在第四段温区的保温时间为2-4min(即第四段加热温度为940℃-940℃，持续时间2-4min)；
其中，钢丝从室温进入热处理炉执行第一段加热，钢丝温度逐步升高，主要消除钢丝内部应力，晶粒发生再结晶；执行第二段加热时，奥氏体晶粒形成并长大，得到初步均匀化的奥氏体组织；执行第三段加热时，奥氏体晶粒得到进一步均匀化；第四段为均热段，通过均热段加热，得到完全均匀、一致的奥氏体组织，并通过该段炉温的调节，可以控制出炉线温达到工艺要求。
(2)淬火：将加热后的钢丝送入淬火装置中进行控温冷却，淬火装置采用分段控温制度，后一段温度高值不高于前一段温度低值；优选地，淬火装置采用三段控温制度，第一段温度580-590℃，第二段温度570-580℃，第三段淬火温度560±5℃。
其中，钢丝通过第一段控温，降低钢丝温度，使奥氏体组织开始转变为索氏体组织；第二段控温，进一步降低钢丝温度，使奥氏体晶粒转变为索氏体；第三段控温为稳热段，得到均匀一致的索氏体组织。
优选地，还包括：
(3)冷却：淬火后进行冷却；优选地，送入水冷却装置进行冷却；更优选地，水冷却温度为60-80℃，利用淬火温度与水冷却温度的差值，使钢丝表面40％以上的氧化铁皮自动剥离；
尤其是，发明人发现，铅淬火出口钢丝的温度为500-510℃，经过5米室温冷却段后，钢丝温度达到300℃左右，钢丝与水冷却的温度差220-240℃，该温度差非常有利于氧化铁皮的剥离。
(4)酸洗：冷却后的钢丝进行酸洗(优选送入酸洗池进行酸洗)，进一步去除钢丝表面的氧化铁皮，便于钢丝进行磷化涂层；
(5)第一次水冲洗：酸洗后的钢丝用水冲洗，去除钢丝表面的酸性液体；
(6)磷化：水冲洗后的钢丝进行磷化(优选送入磷化池进行磷化)，使钢丝表面产生一层磷酸盐膜；
(7)第二次水冲洗：磷化后的钢丝进行第二次水冲洗，将钢丝表面多余的磷化液清冼干净，便于皂化处理；
(8)皂化：经过磷化的钢丝送入皂化处理装置，进行皂化处理；优选地，皂化温度75-85℃，PH值控制在8-9。
发明人经研究发现，温度低于75℃，皂液不能完全分解，起不到润滑效果；温度高于85℃，皂液易气化和积焦；皂化PH值控制在8－9是由于皂液本身呈弱碱性，如PH值低于8，皂液呈中性，浓度低，起不到稳固磷化膜的作用；但PH值大于9，皂液对钢丝有腐蚀作用，损伤钢丝表面，使钢丝表面质量劣化。
优选地，还包括：
(9)烘干：经过皂化的钢丝表面潮湿，需要将钢丝烘干。
优选地，还包括：
(10)收线：将钢丝烘干后，收线和储存。
优选地，步骤(7)中，二次水冲洗后的废水进入回用水装置中，可以不经过处理直接回流到步骤(6)的磷化池内，进行循环利用。
优选地，通过计算磷化池每小时添加的水量和第二次水冲洗的水排放量，控制水排放量小于添加的水量。
所述淬火装置2采用分段控温方式，尤其是淬火装置采用三段控温制度，第一段温度580-590℃，第二段温度570-580℃，第三段淬火温度560℃±5℃，可以有效控制淬火后得到的片层间距较小、团尺寸细小的索氏体组织，从而保证其显微组织的稳定性，提高钢丝的抗拉强度和疲劳寿命。
如图1所示，本发明还提供了一种钢丝的热处理生产设备，适用于上述方法，包括依次设置的热处理炉1、淬火装置2，其中，淬火装置采用分段控温制度。
优选地，还包括依次设置的冷却装置3、酸洗池4、第一次水冲洗装置5、磷化池6、第二次水冲洗装置7、皂化处理装置9。
热处理炉1用于将钢丝加热。优选地，热处理炉采用分段加热方式，将钢丝分段加热至所需温度，使钢丝的显微组织均匀；通过精确控制各段温度，能够减轻环境变化对钢丝组织性能的影响，保障产品的机械力学性能；且分段充分利用了各段的余热，有利于降低能耗。
为了保证热处理炉中精确的分段加热的实现，优选地，热处理炉1中的烧嘴燃烧加热设计采用抽风降压燃烧，而不是常规的有压燃烧，使整个燃烧加热系统工作稳定。同时，热处理炉内设置有调功器。采用调功器测量炉内的温度，可以提高温度控制精度，控制点温差±1℃。
淬火装置2用于将加热后的钢丝送入淬火装置中进行控温冷却，淬火装置采用分段控温制度，有效控制淬火后得到的片层间距较小、团尺寸细小的索氏体组织，从而保证其显微组织的稳定性，提高钢丝的抗拉强度和疲劳寿命。
分段淬火时，由于钢丝将热量带入铅锅内，为更好地实现分段淬火、防止温度过高，优选地，在铅锅底部第一段控温区设有风冷管，温度过高时可以自动的降温；第二和第三段控温区设有水冷管道，进行循环冷却。同时，采用调功器测量铅锅内的温度，提高温度控制精度，控制点温差±1℃。
冷却装置3用于对淬火后的钢丝进行冷却。优选地，利用淬火温度与冷却温度的差值，使钢丝表面40％以上的氧化铁皮自动剥离，可节约酸的损耗35％，从而降低废酸处理的成本，达到节能环保的作用。优选地，冷却装置3采用水冷却装置。
优选地，利用钢丝与水冷却的温度差220-240℃，来实现使钢丝表面致密的氧化铁皮疏松从而自动剥离。
酸洗池4用于对冷却后的钢丝进行酸洗，进一步去除钢丝表面的氧化铁皮，便于钢丝进行磷化涂层。
第一次水冲洗装置5用于将酸洗后的钢丝用水冲洗，冲洗去除钢丝表面的酸性液体，为磷化处理作准备。
磷化池6用于将水冲洗后的钢丝进行磷化，使钢丝表面产生一层磷酸盐膜，便于钢丝拉拔和使钢丝有一定的防蚀能力。
第二次水冲洗装置7对磷化后的钢丝进行第二次水冲洗，将钢丝表面多余的磷化液清冼干净，便于皂化处理。
皂化处理装置9用于将经过磷化的钢丝进行皂化处理，稳定钢丝表面的磷酸盐膜，便于钢丝的拉拔。
优选地，还包括回用水装置8。冲洗后的废水中含有磷、锌、氮等元素，需要进行污水处理后才能排放，处理成本高，而本发明的所述回用水装置8利用磷化过程需要不断增加水量，冲洗后废水接近磷化液含量的特点，利用回用水装置8中的循环装置，热处理钢丝表面磷化后第二次水冲洗的废水进入回用水装置8中，可以不经过处理直接回流到磷化池6内，进行循环利用，减少废水排放量，降低了水消耗量，同时降低了废水处理的成本，达到一举三得、绿色节能环保的效果。
其中，本发明的回用水装置8无需检测水中含有的元素含量，因为磷化后的钢丝需要水清洗，水中含有的物质满足磷化液所需的物质含量；并且，本发明的回用水装置利用水位的压力差，设定水位高度，优选利用浮球原理自动加水，通过自动压力，把水回流到磷化池内，减轻了人工劳动强度，提高了生产效率，适用于工业自动化生产线。
优选地，还包括烘干装置10。经过皂化的钢丝表面潮湿，不利于收线和储存，所以需要将钢丝烘干。
优选地，还包括收线装置11，将烘干后的钢丝收线和储存，以方便后续使用。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢丝的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)加热处理：将钢丝加热(优选送入热处理炉中进行加热)；
(2)淬火：将加热后的钢丝送入淬火装置中进行控温冷却，淬火装置采用分段控温制度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括以下步骤：
(3)冷却：淬火后的钢丝进行冷却；
(4)酸洗：冷却后的钢丝进行酸洗(优选送入酸洗池进行酸洗)，进一步去除钢丝表面的氧化铁皮，便于钢丝进行磷化涂层；
(5)第一次水冲洗：酸洗后的钢丝用水冲洗，去除钢丝表面的酸性液体；
(6)磷化：水冲洗后的钢丝进行磷化(优选送入磷化池进行磷化)，使钢丝表面产生一层磷酸盐膜；
(7)第二次水冲洗：磷化后的钢丝进行第二次水冲洗，将钢丝表面多余的磷化液清冼干净，便于皂化处理；
(8)皂化：经过磷化的钢丝送入皂化处理装置，进行皂化处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述加热处理为分段加热；优选地，每一段加热温度在不同的区间范围内，且后一段温度范围高值不高于前一段温度范围低值；进一步优选地所述分段加热包括四段，第一段加热温度980-990℃，第二段加热温度960-970℃，第三段加热温度950-960℃，第四段加热温度940℃，在第四段温区的保温时间为2-4min。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，后一段淬火温度高值不高于前一段淬火温度低值；优选地，淬火装置采用三段控温制度，第一段温度580-590℃，第二段温度570-580℃，第三段淬火温度560℃±5℃。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，送入水冷却装置进行冷却；优选地，水冷却温度为60-80℃，利用淬火温度与水冷却温度的差值，使钢丝表面40％以上的氧化铁皮自动剥离。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(8)中，皂化温度75-85℃，PH值控制在8-9。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤(7)中，二次水冲洗后的废水进入回用水装置中，可以不经过处理直接回流到步骤(6)的磷化池内，进行循环利用。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：计算磷化池每小时添加的水量和第二次水冲洗的水排放量，控制水排放量小于添加的水量。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(8)后还包括：
(9)烘干：将钢丝烘干；
优选地，还包括：
(10)收线：将钢丝烘干后，收线和储存。
10.一种专用于权利要求1-9任一项所述方法的生产设备，其特征在于：包括依次设置的热处理炉、淬火装置，其中，淬火装置采用分段控温制度；优选地，还包括依次设置的水冷却装置、酸洗池、一次水冲洗装置、磷化池、二次水冲洗装置、皂化处理装置；更优选地，还包括回用水装置，二次水冲洗装置排出的废水可以不经过处理直接回流到磷化池内，进行循环利用；更优选地，还包括烘干装置；进一步优选地，还包括收线装置；优选地，热处理炉中的加热烧嘴采用抽风降压燃烧设计，并采用调功器测量炉内温度；优选地，淬火装置包括三段控温区，更优选地，在淬火装置底部的第一段控温区设有风冷管，用以在温度过高时自动降温，第二和第三段控温区分别设有水冷管道，进行循环冷却；优选地，回用水装置中无需检测水中含有的元素含量，利用水位的压力差，设定水位高度，通过自动压力，使水回流到磷化池内，优选利用浮球原理自动加水。
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