CN111763813A - 一种电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，包括将高碳热轧盘条除锈，后将其拉制成冷拔钢丝；将冷拉拔后的钢丝在水浴或油浴冷却条件下，进行电脉冲处理。本发明不仅处理效率高，且钢丝制品兼具高强度高韧性的特点。本发明的高强度钢丝电脉冲处理方法简单易行，可有效提高高强度钢丝的韧性，同时保持其高抗拉强度。

Description

一种电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法
技术领域
本发明涉及钢丝的生产方法，特别是涉及一种电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法。
背景技术
高强度钢丝(＞2000MPa)是现有金属制品中强度最高的承载材料，由高碳热轧盘条经大应变冷拉拔变形而成。高碳珠光体钢经大应变冷拔变形后，产生强烈的加工硬化，获得高强度。超高强度高碳钢丝的生产，主要通过增大冷拔变形量，减小珠光体片层间距，提高强度。
而冷拉拔后高强度钢丝存在韧性较低的问题，为了改善高强度钢丝塑韧性，常通过电阻炉、油气炉、感应加热等方式加热，对钢丝进行热处理，消除加工硬化，恢复其塑韧性，但是钢丝的强度急剧降低。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，在基本不降低钢丝强度的条件下，提高钢丝的韧性，解决了冷拉拔后高强度钢丝韧性较低的问题。
技术方案：本发明的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，包括如下步骤：
(1)将高碳热轧盘条除锈，后将其拉制成冷拔钢丝；其中，拉拔工艺按照常规钢丝拉拔工艺即可；
(2)将冷拉拔后的钢丝在水浴或油浴冷却条件下，进行电脉冲处理。
优选地，电脉冲处理过程中，采用双向脉冲，电流密度为50-200A/mm2，脉冲频率50-5000Hz、脉冲占空比10-80％、处理时间20-120s。
为了进一步优化高强韧高碳钢丝组织以提高其综合性能，所述步骤(1)钢丝拉拔速度为1-10m/s。
优选地，所述步骤(1)高碳盘条的含碳量为0.72-1.0wt.％。
优选地，所述步骤(1)钢丝拉拔道次压缩率18-24％。
优选地，所述步骤(1)钢丝拉拔过程中采用石墨乳润滑。
优选地，所述步骤(2)水浴或油浴的温度为室温。
发明原理：高强韧高碳钢丝在生产过程中，增大冷拔变形量在细化珠光体片层间距，提高钢丝强度的同时，还会导致珠光体中渗碳体相的分解，促使铁素体片层中碳原子固溶量显著增加。在钢丝高速拉拔变形热效应的作用下，铁素体片层中过饱和的碳原子与高密度位错形成大量柯氏气团，导致钢丝韧性急剧下降，并诱使钢丝产生扭转分层断裂(delamination)。
通常采用回复再结晶热处理，消除加工硬化，提高冷变形金属的塑韧性。然而，由于在高强度高碳钢丝中，经大应变变形的渗碳体片层在热效应的作用下，极易球化断裂。渗碳体片层的断裂，破坏了定向排列的层状结构，会导致钢丝强度急剧降低。
因此，如何通过特定工艺控制，在保持不破坏渗碳体片层结构的前提下，使得铁素体片层的回复，碳原子与高密度位错脱钉，恢复位错的可动性，实现冷拔珠光体钢丝强韧性共同提高成为关键。
本发明采用水浴冷却条件下的电脉冲处理工艺，在不降低钢丝强度的条件下，提高钢丝的韧性，解决了冷拉拔后高强度钢丝韧性较低的问题。
利用脉冲在钢丝中产生的电子流(又称“电子风”)，促进大应变冷变形的金属材料组织中间隙原子、空位缺陷和位错的交互作用，在非热效应的作用下实现钢丝内部局域残余应力松弛、铁素体中位错重组，促使碳原子与高密度位错脱钉，恢复位错的可动性，增加了材料的韧性。而脉冲处理主要效果是源于非热效应，可有效抑制处理过程中基于热扩展控制的渗碳体片层分解、球化现象，防止珠光体钢丝强度的显著降低。
本发明的生产方法利用脉冲处理的非热效应，可有效抑制处理过程中基于热扩展控制的渗碳体片层分解、球化现象，可在不降低钢丝强度的条件下，提高钢丝的韧性，解决了冷拉拔后高强度钢丝韧性较低的问题。
有益效果：本发明对常规钢丝拉拔工艺拔制成的高强度钢丝进行电脉冲处理，处理过程中采用水浴冷却，确保钢丝无明显温升；不仅处理效率高，且钢丝制品兼具高强度高韧性的特点。本发明的高强度钢丝电脉冲处理方法简单易行，可有效提高高强度钢丝的韧性，同时保持其高抗拉强度。
附图说明
图1是本发明的电脉冲处理方法装置示意图；
图2是实施例1的TEM图片；
图3是对比例中短时低温退火处理后的TEM图片；
图4是对比例中退火温度升高后的TEM图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步地详细描述。
实施例1：
1)将含碳量0.82％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，直径1.0mm，钢丝拉拔速度为1m/s，拉拔道次压缩率24％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度2960MPa，延伸率1.0％；
2)将冷拉拔后的钢丝在水浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；其中，电流密度50A/mm2、脉冲频率5000Hz、脉冲占空比80％、处理时间120s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度2890MPa，延伸率3.5％，TEM显微组织如图2所示，可以看出电脉冲处理后，铁素体片层中位错缠结基本已消除，渗碳体片仍保持完整平直形态。
实施例2：
1)将含碳量0.72％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，1.5mm，钢丝拉拔速度为10m/s，拉拔道次压缩率18％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度2160MPa，延伸率1.5％；
2)将冷拉拔后的钢丝在油浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；电流密度200A/mm2、脉冲频率50Hz、脉冲占空比10％、处理时间20s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度2100MPa，延伸率3.0％。
实施例3：
1)将含碳量0.82％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，直径0.8mm，钢丝拉拔速度为4m/s，拉拔道次压缩率20％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度3260MPa，延伸率0.8％；
2)将冷拉拔后的钢丝在水浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；电流密度150A/mm2、脉冲频率250Hz、脉冲占空比60％、处理时间100s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度3150MPa，延伸率1.7％。
实施例4：
1)将含碳量0.72％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，1.2mm，钢丝拉拔速度为6m/s，拉拔道次压缩率22％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度2760MPa，延伸率1.2％；
2)将冷拉拔后的钢丝在水浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；电流密度120A/mm2、脉冲频率4500Hz、脉冲占空比65％、处理时间35s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度2720MPa，延伸率2.5％。
实施例5：
1)将含碳量1.0％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，直径0.70mm，钢丝拉拔速度为1m/s，拉拔道次压缩率20％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度4160MPa，延伸率0.9％；
2)将冷拉拔后的钢丝在油浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；电流密度130A/mm2、脉冲频率500Hz、脉冲占空比50％、处理时间100s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度4050MPa，延伸率1.5％。
实施例6：
1)将含碳量0.77％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，1.1mm，钢丝拉拔速度为8m/s，拉拔道次压缩率22％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度3160MPa，延伸率1％；
2)将冷拉拔后的钢丝在水浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；电流密度80A/mm2、脉冲频率100Hz、脉冲占空比20％、处理时间80s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度3080MPa，延伸率2.0％。
实施例7：
1)将含碳量0.96％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，直径1.2mm，钢丝拉拔速度为2m/s，拉拔道次压缩率20％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度2870MPa，延伸率1.5％；
2)将冷拉拔后的钢丝在水浴冷却条件下，进行电脉冲处理，电脉冲参数为：双向脉冲；电流密度130A/mm2、脉冲频率2500Hz、脉冲占空比60％、处理时间90s。
3)脉冲处理后，钢丝抗拉强度2810MPa，延伸率2.5％。
对比例：
1)将含碳量0.96％的高碳热轧盘条除锈，并按常规钢丝拉拔工艺拉制成冷拔钢丝，直径1.0mm，钢丝拉拔速度为1m/s，拉拔道次压缩率18％，拉拔过程中采用石墨乳润滑，所得钢丝抗拉强度3070MPa，延伸率1.0％；
2)将冷拉拔后的钢丝在马弗炉中低温回复处理，300℃-600℃退火1-10分钟。处理结果如下表所示。
短时低温(＜400℃)退火处理，钢丝强度变化较小，但由于塑韧性降低，显微组织如图3所示，从图可以看出低温短时退火后，渗碳体片轻微分节，但仍保持完整片状，铁素体片层中重新析出的碳化物强化了对位错的钉扎；退火温度升高，钢丝塑韧性逐渐恢复，但由于渗碳体片层球化断裂，钢丝强度损失陡然升高。600℃处理1min，显微组织如图4所示，可以看出由于退火温度高，渗碳体片发生了明显球化断裂。
表1为不同温度退火处理后钢丝的力学性能数据，包含抗拉强度和延伸率；从表可以看出，低温(≤400℃)短时退火，对钢丝强度损伤小，但由于冷拔变形中分解的渗碳体，在退火过程的重新析出，钉扎位错，进一步降低位错的可动性，钢丝塑性进一步劣化；随着退火温度的升高，钢丝塑性逐渐升高，但由于渗碳体片层的球化断裂，钢丝强度急剧降低。
表1
Figure BDA0002508337460000041
Figure BDA0002508337460000051

Claims (7)

1.一种电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将高碳热轧盘条除锈，将其拉制成冷拔钢丝；
(2)将冷拉拔后的钢丝在水浴或油浴冷却条件下，进行电脉冲处理。
2.根据权利要求1所述的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于：电脉冲处理过程中，采用双向脉冲，电流密度为50-200A/mm2，脉冲频率50-5000Hz、脉冲占空比10-80％、处理时间20-120s。
3.根据权利要求1所述的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中，高碳盘条的含碳量为0.72-1.0wt.％。
4.根据权利要求1所述的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)钢丝拉拔速度为1-10m/s。
5.根据权利要求1所述的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)钢丝拉拔道次压缩率18-24％。
6.根据权利要求1所述的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)钢丝拉拔过程中采用石墨乳润滑。
7.根据权利要求1所述的电脉冲处理高强韧高碳钢丝的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)水浴或油浴的温度为室温。
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