DE68910887T2

DE68910887T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen eines homogenen austenitischen Gefüges.

Info

Publication number: DE68910887T2
Application number: DE89110580T
Authority: DE
Inventors: Andre Reiniche
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2009-06-13
Also published as: OA09079A; US5032191A; IE892007L; DE68910887D1; BR8903004A; CN1039062A; EP0347699A1; FR2632973A1; FR2632973B1; CN1018931B; IE65167B1; JP2885831B2; KR0128253B1; JPH0243325A; AU3662289A; ZA894706B; ES2046373T3; KR900000486A; CA1333250C; EP0347699B1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur thermischen Behandlung von Kohlenstoffstahldrähten zur Herstellung eines homogenen austenitischen Gefüges, wobei diese Drähte z.B. nachträglich eine weitere thermische Behandlung durchlaufen können, um ein feines perlitisches Gefüge zu erhalten.
Die bekannten Verfahren zur Austenitisierung von Stahldrähten im Durchlauf sind insbesondere die folgenden:
- Induktionserhitzung, bei der der Draht einem Magnetfeld mit einer Frequenz von 5000 bis 200000 Hz unterworfen wird; dieses Verfahren wird unter guten Bedingungen nur auf Drähte mit einem Durchmesser über 3 mm und bei Temperaturen unterhalb des Curiepunkts angewendet.
- Erhitzung in einem Muffelofen mit Hilfe elektrischer Widerstände; dieses Verfahren vermeidet die Nachteile der Induktionserhitzung, führt jedoch zu erhöhten Erhitzungszeiten im Bereich von 10 bis 15 Sekunden pro mm Drahtdurchmesser.
- Erhitzung in einem Gasofen; auch dieses Verfahren führt noch zu erhöhten Erhitzungszeiten in gleicher Größenordnung wie beim Muffelofen, da die Temperatur der Gase am Ausgang des Ofens niedrig sein muß, wenn ein befriedigender thermischer Wirkungsgrad erreicht werden soll; andererseits ist die Wärmeleitfähigkeit der Verbrennungsgase schlechter als die der Gase, die in einem Muffelofen verwendet werden können (Wasserstoff, Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, Helium); bei Gasöfen ist es möglich, das Reduktionsvermögen der Verbrennungsgase zu steuern, doch verlangt dies eine sehr aufmerksame Überwachung der Regelung der Gasbrenner.
Das Dokument DE-A-2 111 631 beschreibt eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metalldrähten zur Herstellung einer perlitischen Struktur. Zu Beginn dieser Behandlung durchlaufen die Drähte einen Verbrennungsofen oder einen Elektroofen, um dort eine Austenitisierung zu erfahren. Die Drähte erreichen so eine Temperatur von 900 bis 1000 ºC.
Das Patent EP-B-0 326 005 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mindestens einem Kohlenstoffstahldraht zur Herstellung einer feinen perlitischen Struktur, bei denen der Draht durch mindestens ein Rohr geführt wird, das ein Gas praktisch ohne Zwangsventilation enthält, und wobei das Rohr von einem Wärmeträgerfluid umgeben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Austenitisierungsbehandlung eines Drahts Erhitzungszeiten von weniger als 4 Sekungen pro Millimeter Drahtdurchmesser zu erreichen, was eine höhere Produktionsgeschwindigkeit als bei den bekannten Einrichtungen ermöglicht, und was es außerdem ermöglicht, die Länge der Einrichtungen zu verringern.
Daher weist das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Behandlung von mindestens einem Kohlenstoffstahldraht zur Herstellung einer homogenen Austenitstruktur folgende Merkmale auf:
a) Der Draht wird erhitzt, indem er durch mindestens ein Rohr geführt wird, das ein Gas praktisch ohne Zwangsventilation enthält, wobei das Gas in direktem Kontakt mit dem Draht steht und die Erhitzungszeit des Drahts unter 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser liegt;
b) die Kenngrößen des Rohrs, des Drahts und des Gases sind so gewählt, daß folgende Beziehungen eingehalten werden:
1,05 ≤ R ≤ 7 (1)
0,6 ≤ K ≤ 8 (2)
mit den Definitionen
R=Dti/Df
K = [Log (Dti/Df)] x Df²/λ,
wobei Dti den Innendurchmesser des Rohrs in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts in Millimetern, λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases bei 800 ºC in Watt/m²K und Log den natürlichen Logarithmus bezeichnet.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mindestens einem Kohlenstoffdraht zur Herstellung eines homogenen austenitischen Gefüges, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
a) Sie umfaßt mindestens ein Rohr und Mittel, die es ermöglichen, den Draht durch das Rohr zu führen; das Rohr enthält ein Gas praktisch ohne Zwangsventilation in direktem Kontakt mit dem Draht, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erhitzen des Gases umfaßt; die Mittel zum Führen des Drahts durch das Rohr sind so, daß die Zeit des Kontakts des Drahts mit dem Gas unter 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser liegt;
b) die Kenngrößen des Rohrs, des Drahts und des Gases sind so gewählt, daß die obigen Beziehungen (1) und (2) eingehalten werden, wobei Dti, Df, λ und Log dieselben Definitionen wie oben angegeben haben.
Der Ausdruck "praktisch ohne Zwangsventilation" bedeutet, daß das Gas im Rohr entweder unbeweglich ist oder einer geringen Ventilation unterliegt, die den Wärmeaustausch zwischen dem Draht und dem Gas praktisch nicht verändert, wobei diese schwache Ventilation z.B. allein durch die Bewegung des Drahts selbst hervorgerufen sein kann.
Die Erfindung betrifft ferner die Verfahren und die vollständigen Einrichtungen zur thermischen Behandlung von Kohlenstoffdrähten unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren und/oder Vorrichtungen.
Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele und der sich auf diese Beispiele beziehenden schematischen Figuren leicht zu verstehen.

In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei diese Figur ein Schnitt längs der Achse der Vorrichtung ist;
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung im Schnitt senkrecht zur Achse der Vorrichtung, wie durch die Geradenabschnitte II-II in Fig. 1 dargestellt;
Fig. 3 eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt längs der Achse der Vorrichtung;
Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung im Schnitt senkrecht zur Achse der Vorrichtung, wie durch die Geradenabschnitte IV-IV in Fig. 3 dargestellt ist;
Fig. 5 eine vollständige Einrichtung zur thermischen Behandlung eines Metalldrahts, wobei die Einrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt;
Fig. 6 ein Diagramm, das die Anderung der Temperatur als Funktion der Zeit für den in der Einrichtung der Fig. 5 behandelten Draht zeigt;
Fig. 7 eine in der Einrichtung der Fig. 5 benutzte Vorrichtung, wobei diese Figur ein Schnitt längs der Achse der Vorrichtung ist;
Fig. 8 die Vorrichtung der Fig. 7 in einem Schnitt senkrecht zur Achse der Vorrichtung, wobei dieser Schnitt durch die Geradenabschnitte VIII-VIII in Fig. 7 dargestellt ist;
Fig. 9 einen Schnitt durch einen Bereich des feinen perlitischen Gefüges des in der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung behandelten Drahts.
Die Figuren 1 und 2 stellen eine Vorrichtung 100 entsprechend der Erfindung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung 100 längs der Achse xx' dieser Vorrichtung, die Fig. 2 ist ein Schnitt senkrecht zu dieser Achse xx', wobei der Schnitt aus der Fig. 2 durch die Geradenabschnitte II-II in der Fig. 1 angedeutet wird. Die Vorrichtung 100 umfaßt ein Rohr 2, z.B. aus Keramik, aus hitzefestem Stahl oder aus Wolframcarbid, das der Draht 1 aus Kohlenstoffstahl in Richtung des Pfeils F entlang der Achse xx' durchläuft.
Die Antriebsmittel des Drahts 1 sind bekannte und in den Figuren 1 und 2 zum Zweck der Vereinfachung nicht dargestellte Mittel, die z.B. einen mit einem Motor angetriebenen Aufroller umfassen, zum Aufrollen des Drahts nach der Behandlung.
Der Raum 3 zwischen dem Draht 1 und der Innenwand 20 des Rohrs 2 ist mit einem Gas 4 gefüllt. Dieses Gas 4 befindet sich in direktem Kontakt mit dem Draht 1 und der Innenwand 20. Das Gas 4 bleibt während der Behandlung des Drahts 1 in dem Raum 3, da die Vorrichtung 100 über keine Mittel verfügt, die eine Zwangsventilation des Gases 4 ermöglichen; dies bedeutet, daß das Gas 4 ohne Zwangsventilation im Raum 3 nicht in Bewegung versetzt wird, es sei denn durch die Fortbewegung des Drahts 1 in Richtung des Pfeils F. Dieses Gas ist z.B. Wasserstoff, ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, ein Gemisch aus Wasserstoff und Methan, ein Gemisch aus Wasserstoff, Stickstoff und Methan, Helium oder ein Gemisch aus Helium und Methan.
Der Draht 1 wird durch zwei am Eingang und am Ausgang des Drahts 1 im Rohr 2 angebrachte Drahtführungen 5, z. B. aus Keramik oder aus Wolframcarbid, geführt. Das Rohr 2 wird von außen durch einen elektrischen Widerstand 6 beheizt, der außerhalb dieses Rohrs 2 an der Außenwand des Rohrs 2 um das Rohr 2 herumgewickelt ist. Das Rohr 2 ist nach außen hin durch den Mantel 7, der das Rohr 2 umgibt, und durch zwei Platten 8, die an den Enden des Rohrs 2 angebracht sind, thermisch isoliert. Das Rohr 2 ist, wenn es aus Metall besteht, auch elektrisch isoliert. Die Platten 8 und der Mantel 7 sind z.B. mit hitzefesten gesinterten Fasern hergestellt. Das Rohr 2, der Heizwiderstand 6, der Mantel 7 und die Platten 8 sind im Inneren eines Metallrohrs 9 angebracht, das durch ein Rohr 10, das um das Rohr 9 herum aufgewickelt ist, gekühlt wird, wobei dieses Rohr 10 von einem Kühlfluid 11, beispielsweise Wasser, durchströmt wird.
Die Vorrichtung 100 ist an beiden Enden durch kreisförmige Platten 12 verschlossen, die an den Flanschen 90 des Rohrs 9 über gasundurchlässige Dichtungen 13 befestigt sind. Die gasdichte Durchführung 14 ermöglicht die Stromversorgung des Widerstands 6. Durch diese Durchführung 14 laufen zwei elektrische Drähte 15, die jeweils mit einem Ende des Widerstands 6 verbunden sind (diese Verbindung ist zum Zwekke der Vereinfachung nicht in der Zeichnung dargestellt). Die gasdichte Durchführung 14 ist an einer der beiden kreisförmigen Platten 12 mit gasundurchlässigen Dichtungen befestigt.
Die Vorrichtung 100 umfaßt einen Dehnungsspielraum 17; die Federn 18 wirken auf die Platte 19, die zur Verteilung der Kräfte dient, was es ermöglicht, das Rohr 2 unabhänging von seiner Temperature in der Mitte des Mantels 7 zu halten.
In der Fig. 2 stellen Df den Durchmesser des Drahts 1, Dti den Innendurchmesser des Rohrs 2 (Durchmesser der Innenwand 20), Dte den Außendurchmesser des Rohrs 2 (Durchmesser der Außenwand 21) dar. λ ist die Wärmeleitfähigkeit des Gases 4, gemessen bei 800 ºC, ausgedrückt in Watt/mK.
Gemäß der Erfindung werden Dti, Df und λ so gewählt, daß die folgenden Beziehungen eingehalten werden:
1,05 ≤ R ≤ 7 (1)
0,6 ≤ K ≤ 8 (2)
mit den Definitionen
R = Dti/Df
K = [Log (Dti/Df)] x Df²/λ.
Dti und Df werden im Millimetern ausgedrückt, Log ist der natürliche Logarithmus.
Die Erfindung ermöglicht es so unerwarteterweise, den Draht 1 von einer Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur AC3, z.B. von der Umgebungstemperatur, bis auf eine Temperatur über der Transformationstemperatur AC3 zu erhitzen und so eine homogene Austenitstruktur zu erhalten, und dies in einer sehr kurzen Zeit unter 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser Df. Andererseits kann man, wenn man dies wünscht, die Art des Gases 4 so auswählen, das es eine chemische Wirkung auf die Oberfläche des Drahts ausübt, z.B. eine reduzierende, aufkohlende oder entcarbonisierende Wirkung.
Die Erfindung weist daher folgende Vorteile auf:
- Einfachheit, geringe Investitions- und Betriebskosten, da man auf die Verwendung von Kompressoren oder Turbinen verzichten kann, die bei einem Zwangsumlauf des Gases notwendig wären;
- Möglichkeit der Erzielung eines genauen Aufheizregimes;
- schnelles Aufheizen, was es ermöglicht, das Fertigungstempo zu erhöhen und die Länge der Einrichtungen zu verringern;
- Anwendbarkeit der schnellen Aufheizung auf Drähte, deren Durchmesser Df in einem weiten Bereich variabel ist, wobei ein und dieselbe Vorrichtung die Behandlung von Drähten ermöglicht, deren Durchmesser Df in einem Verhältnis von 1 : 5 variabel sind.
Für Drähte mit großem Durchmesser Df über 4 mm liegt das Verhältnis R nahe bei 1, und die Verwendung eines sehr gut wärmeleitenden Gases, z.B. Wasserstoff, wird dann notwendig.
Vorzugsweise beträgt der Durchmesser Df des Drahtes mindestens 0,4 mm und höchstens 6 mm.
Die Figuren 3 und 4 stellen eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung 200 dar, die es ermöglicht, gleichzeitig mehrere Drähte 1, z.B. 6 Drähte zu behandeln, wobei die Fig. 3 ein Schnitt durch diese Vorrichtung längs der Achse yy' der Vorrichtung und die Fig. 4 ein Schnitt senkrecht zur Achse dieser Vorrichtung sind, wobei die Achse yy' durch das Bezugszeichen Y in Fig. 4 dargestellt ist.
Der Aufbau dieser Vorrichtung 200 ist dem der Vorrichtung 100 analog mit dem Unterschied, daß sechs Rohre 2 in der aus einem Stahlrohr gebildeten Umhüllung 9 um die Achse yy' herum, die die Achse dieses Rohrs 9 ist, angeordnet sind. Ein Draht 1 durchläuft jedes Rohr 2; das Gas 4 ist im Inneren der Rohre 2 vorgesehen, von denen jedes durch einen Widerstand 6 wie oben für die Vorrichtung 100 beschrieben erhitzt werden, und wobei der isolierende Mantel 7 um die sechs Rohre 2 herum angeordnet ist.
Die nachfolgenden Beispiele ermöglichen ein besseres Verständnis der Erfindung.

Beispiele 1 bis 4

Es werden vier Beispiele der Behandlung eines Drahts 1 aus Kohlenstoffstahl mittels der oben beschriebenen Vorrichtung 100 durchgeführt. Die Eigenschaften des Drahts 1 und der Vorrichtung 100 sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Beispiel Nr. Kenngrößen des Drahts 1 Kohlenstoffgehalt des Stahls(Gewichts-%) Kenngrößen der Vorrichtung 100 Art des Rohrs 2 Leistung des Widerstands 6 (kW) Temperatur der Außenseite 21 des Rohrs 2 (ºC) Durchlaufgeschwindigkeit des Drahts 1 (m/s) Länge des Rohrs 2 (m) Erhitzungszeit Tc (s) Produktion der Vorrichtung (kg Draht 1 pro Stunde) Temperatur des Drahts 1 am Eingang des Rohrs 2 (ºC) Temperatur des Drahts 1 am Ausgang des Rohrs 2 (ºC) λ (Watt/mK) Erhitzungszeit pro mm Durchmesser des Drahts 1 (s/mm)(Tc/Df) Aluminiumoxid hitzefester Stahl
Die Art des Gases 4 war in den Beispielen wie folgt:
Beispiele 1, 2, 3: gecracktes Ammoniak (75 % Wasserstoff, 25 % Stickstoff, Angaben in Vol.-%).
Beispiel 4: 78 % Wasserstoff, 2 % Methan (Angaben in Vol .-%)
Die Erhitzungszeit Tc entspricht der Zeit, die notwendig ist, damit der Draht von der Umgebungstemperatur (ungefähr 20 ºC), die er am Eingang des Rohrs hat, die Temperatur erreicht, die er am Ausgang des Rohrs hat (980 ºC), wobei diese Temperatur ausreicht, um die Carbide in Lösung zu bringen.

Beispiel 5

In diesem Beispiel sind der Durchmesser Df des Drahts 1 und die Art des Gases 4, das ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff ist, und somit die Werte von λ, R und K verändert. Die Eigenschaften des Drahts 1 und der Vorrichtung 100 sind die folgenden: Kohlenstoffgehalt des Stahls des Drahts 1 = 0,85 %; Rohr 2 aus Aluminiumoxid, Dti = 2,5 mm, Dte = 6 mm; die Außenseite 21 des Rohrs 2 wird mit einem elektrischen Widerstand 6, der eine Leistung von 33 kW besitzt auf 1100 ºC erhitzt, Durchlaufgeschwindigkeit des Drahts 1:2,35 mm/s; Länge des Rohrs 2: 6 m; Erhitzungszeit: 2,55 s; Temperatur des Drahts 1: am Eingang des Rohrs 2: 20 ºC, am Ausgang des Rohrs 2: 980 ºC.
Die nachfolgende Tabelle 2 gibt die Werte von Df, den Volumenprozentgehalt des Gases 4 an Wasserstoff, die Werte von , R und K sowie die Produktion an Draht 1 an.
Für alle zu diesem Beispiel gehörenden Versuche ändert sich die Erhitzungszeit pro Millimeter Drahtdurchmesser (Tc/Df) von 1,46 bis 3,1 s/mm; Tabelle 2 Durchmesser des Drahts 1 (mm) (Df) Produktion an Draht 1 (kg/h)

Beispiel Nr. 6

Es wird eine Mehrrohr-Vorrichtung analog der oben beschriebenen Vorrichtung 200, aber mit zehn Rohren 2, benutzt. Die Kenngrößen des Beispiels sind folgende:
Kohlenstoffgehalt des Stahls des Drahts 1: 0,70 %; Durchmesser Df des Drahts: 1,75 mm; identische Rohre 2 aus Aluminiumoxid, Dti = 2,5 mm, Dte = 6 mm; die Außenseiten 21 der Rohre werden mit Hilfe von zehn Widerständen 6 (ein Widerstand pro Rohr 2), wobei jeder Widerstand eine einheitliche Leistung von 27 kW (Gesamtleistung 270 kW) hat, auf 1100 ºC erhitzt; Gas 4: gecracktes Ammoniak; Durchlaufgeschwindigkeit des Drahts 2,02 m/s; Länge jedes Rohrs 2: 6 mm; Erhitzungszeit: 2,97 s; Produktion an Draht 1: 1360 kg/h; Temperatur des Drahts am Eingang jedes Rohrs 2: 20 ºC, am Ausgang jedes Rohrs 2: 980 ºC; λ = 0,328; R = 1,43; K = 3,33. Die Erhitzungszeit pro Millimeter Drahtdurchmesser (Tc/Df) ist gleich 1,70 s/mm.

Beispiel 7

Dieses Beispiel wird unter denselben Bedingungen und mit den gleichen Ergebnissen wie in Beispiel Nr. 2 durchgeführt, doch wird das gecrackte Ammoniak durch ein Gas 4 ersetzt, das mit dem Kohlenstoff des Stahls bei 800 ºC im thermodynamischen Gleichgewicht steht; dieses Gas hat folgende Zusammensetzung (Angaben in Volumen-%): 74 % Wasserstoff; 24 % Stickstoff; 2 % Methan.

Beispiel 8

Dieses Beispiel wird unter denselben Bedingungen wie das Beispiel 2 durchgeführt, doch wird das gecrackte Ammoniak durch ein carbonisierendes Gas ersetzt, das es ermöglicht, eine Entcarbonisierung zu beheben, die in den vorhergehenden Arbeitsgängen aufgetreten ist. Die Zusammensetzung des Gases 4 ist im Rahmen dieses Beispiels wie folgt (Angaben in Volumen-%): 85 % Wasserstoff; 15 % Methan. Die anderen Bedingungen und Ergebnisse sind dieselben wie in Beispiel 2 mit folgenden Unterschieden: Die Erhitzungszeit ändert sich von 2,97 auf 2,75 s, das Verhältnis Tc/Df beträgt somit 1,57 s/mm, die Durchlaufgeschwindigkeit des Drahts ist 2,18 m/s. Man erhält eine Dicke der Oberflächenrecarbonisierung von etwa 2 um. Man beobachtet keine Graphitablagerung auf dem Draht 1.
Die Erfindung ermöglicht es, eine sehr präzise Drahttemperatur am Ausgang der Behandlung zu erhalten, die nicht um mehr als 1,5 ºC nach oben oder unten von der für die Beispiele 1 bis 8 angegebenen Temperatur am Ausgang der Rohre 2 abweicht, was es ermöglicht, eine gute Konstanz der Qualität des Drahtes zu garantieren.
Die nachfolgenden Beispiele 9 bis 12 werden in einer der oben beschriebenen Vorrichtung 100 analogen Vorrichtung durchgeführt, doch diese Beispiele entsprechen nicht der Erfindung. Die Eigenschaften des Drahts und dieser Vorrichtung sind in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben. Diese Beispiele sind gekennzeichnet durch ein Verhältnis Tc/Df deutlich über 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser, wobei die Werte der Verhältnisse R und K nicht dem oben angegebenen Satz von Beziehungen (1) und (2) entsprechen, weswegen die Austenitisierung nicht mit den oben beschriebenen Vorteilen durchgeführt werden kann. Tabelle 3 Nr. der Vergleichsbeispiele Kenngrößen des Drahts 1 Kohlenstoffgehalt des Stahls(Gewichts-%) Kenngrößen der Vorrichtung 100 Art des Rohrs 2 Leistung des Widerstands 6(kW) Temperatur der Außenseite 21 des Rohrs 2 (ºC) Durchlaufgeschwindigkeit des Drahts 1 (m/s) Länge des Rohrs 2 (m) Erhitzungszeit Tc (s) Produktion der Vorrichtung (kg Draht 1 pro Stunde) Temperatur des Drahts 1 am Eingang des Rohrs 2 (ºC) Temperatur des Drahts 1 Ausgang des Rohrs 2 (ºC) λ (watt/mK) Erhitzungszeit Pro mm Durchmesser des Drahts 1 (s/mm)(TC/Df) Aluminiumoxid hitzefester Stahl
Die Art des Gases 4 war für diese Beispiele 9 bis 12 folgende:
Beispiel 9: N&sub2; rein
Beispiel 10: N&sub2; = 50 % H&sub2; = 50 %
Beispiel 11: N&sub2; = 65 % H&sub2; = 35 %
Beispiel 12: N&sub2; = 50 % H&sub2; = 50 %
(Angaben in Volumen-%).
In allen der Erfindung entsprechenden Beispielen erhält man ein homogenes austenitisches Gefüge.
Die Fig. 5 stellt eine vollständige Einrichtung dar, die es ermöglicht, einen Draht 1 aus Kohlenstoffstahl zur Herstellung eines feinen perlitischen Gefüges thermisch zu behandeln. Diese Einrichtung 300 umfaßt die Bereiche Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, wobei der Draht 1 diese Bereiche in Richtung des Pfeils F von der Ausgangsspule 30 bis zur Spule 31, auf der der behandelte Draht 1 aufgewickelt wird, durchquert, wobei diese Spule 31 durch den Motor 310 drehangetrieben wird, der so den Durchlauf des Drahts 1 in Richtung des Pfeils F ermöglicht. Der Draht 1 durchquert nacheinander und in dieser Reihenfolge die Bereiche Z1 bis Z5.
- Der Bereich Z1 entspricht der Erhitzung des Drahts 1 zur Herstellung eines homogenen austenitischen Gefüges;
- der Bereich Z2 entspricht der Abkühlung des Drahts 1 bis auf eine Temperatur auf 500 bis 600 ºC zur Herstellung eines metastabilen Austenitgefüges;
- der Bereich Z3 entspricht der Umwandlung des metastabilen Austenits in Perlit;
- der Bereich Z4 entspricht einer Abkühlung des Drahts 1 nach der Perlitisierung bis auf eine Temperatur von beispielsweise 300 ºC;
- der Bereich Z5 entspricht einer abschließenden Abkühlung des Drahts 1, um ihn auf eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur von beispielsweise 20 bis 50 ºC zu bringen.
Die Fig. 6 stellt die Kurve dar, die den Verlauf der Temperatur des Stahldrahts 1 in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, wenn dieser Draht die Bereiche Z2 bis Z5 durchläuft. Die Figur stellt ferner die Kurve X1, die dem Beginn der Umwandlung des metastabilen Austenits in Perlit entspricht, und die Kurve X2 dar, die dem Ende der Umwandlung des metastabilen Austenits in Perlit entspricht, jeweils für den Stahl dieses Drahtes. In dieser Figur 6 entspricht die Abszisse der Zeit T, und die Ordinate entspricht der Temperatur θ, wobei der Ursprung der Zeitachse dem Punkt A entspricht.
Vor der Perlitisierungsbehandlung wird der Draht 1 auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur AC3 erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten, um so ein homogenes Austenitgefüge zu erhalten, wobei diese Temperatur θA, beispielsweise zwischen 900 ºC und 1000 ºC, dem Punkt A der Figur 6 entspricht. Der als "perlitische Nase" bezeichnete Punkt entspricht der Minimalzeit Tm der Kurve X1, wobei die Temperatur dieser perlitischen Nase mit θP bezeichnet ist.
Der Draht 1 wird anschließend abgekühlt, bis er eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1 erreicht, wobei der Zustand des Drahtes nach dieser Abkühlung dem Punkt B entspricht, und die an diesem Punkt B am Ende der Zeit TB erhaltene Temperatur mit 0B bezeichnet wird. Diese Temperatur 0B ist in der Fig. 6 oberhalb der Temperatur 0B der perlitischen Nase dargestellt, was in der Praxis am häufigsten ist, ohne jedoch zwingend notwendig zu sein. Während dieser Abkühlung des Drahts zwischen den Punkten A und B findet eine Umwandlung des stabilen Austenits in metastabilen Austenit statt, sobald die Temperatur des Drahtes unter den Umwandlungspunkt AC3 fällt, und Keime erscheinen an den Korngrenzen des metastabilen Austenits. Der zwischen den Kurven X1 und X2 liegende Bereich ist mit ω bezeichnet. Die Perlitisierung besteht darin, den Draht aus dem durch den Punkt B dargestellten Zustand links vom Bereich ω in einem durch den Punkt C dargestellten Zustand rechts vom Bereich ω zu bringen. Diese Umwandlung des Drahtes wird z.B. durch das gerade Linienstück BC schematisch dargestellt, das die Kurve X1 in Bx und die Kurve 2 in Cx schneidet, doch ist die Erfindung auch auf Fälle anwendbar, bei denen die Änderung der Temperatur des Drahts zwischen den Punkten B und C nicht linear ist.
Die Bildung der Keime setzt sich in dem Bereich des geraden Stücks BC links vom Bereich ω, d.h. im Stück BBx, fort. In dem Bereich des geraden Stücks BC, das den Bereich durchquert, d.h. im geraden Stück BxCx, findet die Umwandlung von metastabilem Austenit in Perlit, d.h. die Perlitisierung, statt. Die Perlitisierungszeit kann von einem Stahl zum anderen schwanken, daher ist Ziel der durch das gerade Stück CxC dargestellten Behandlung, eine vorzeitige Abkühlung des Drahts zu verhindern, wenn die Perlitisierung noch nicht abgeschlossen ist. In der Tat würde restlicher metastabiler Austenit, wenn er eine schnelle Abkühlung erführe, sich in Bainit umwandeln, was ein weder für die Ziehbarkeit nach thermischer Behandlung noch für den Gebrauchswert und die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts geeignetes Gefüge darstellt.
Eine schnelle Abkühlung zwischen den Punkten A und B, gefolgt von einer Konstanthaltung der Temperatur im Bereich des metastabilen Austenits, d.h. zwischen den Punkten B und Bx, ermöglicht eine Vergrößerung der Zahl der Keime und eine Verringerung ihrer Größe. Diese Keime sind die Anfangspunkte der nachfolgenden Umwandlung des metastabilen Austenits in Perlit, und es ist wohlbekannt, daß die Feinheit des Perlits und damit der Gebrauchswert des Drahts umso größer ist, je zahlreicher und kleiner diese Keime sind.
Nach der Perlitisierungsbehandlung kühlt man den Draht ab, z.B. bis auf Umgebungstemperatur, wobei diese, vorzugsweise schnelle, Abkühlung schematisch durch den gekrümmten Linienabschnitt CD dargestellt ist, wobei die Temperatur bei D mit θD bezeichnet ist.
In der Einrichtung 300 entspricht der Bereich Z1 der Erhitzung des Drahts 1, um ihn in den dem Punkt A entsprechenden Zustand zu bringen, der Bereich Z2 entspricht der durch den Abschnitt AB der Kurve dargestellten Abkühlung, der Bereich Z3 entspricht dem Abschnitt BC der Kurve , die Bereiche Z4 und Z5 entsprechen zusammen der durch den Abschnitt CD der Kurve 4 dargestellten Abkühlung.
Der Bereich Z1 wird z.B. mit der Vorrichtung 100 entsprechend der oben beschriebenen Erfindung verwirklicht.
Der Bereich Z2 wird z.B. entsprechend der FR-Patentanmeldung 88/00904 verwirklicht. Die diesem Bereich Z2 entsprechende Vorrichtung 32 ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt.
Diese Vorrichtung 32 ist ein Wärmetauscher, der eine Umhüllung 33 in der Form eines Rohrs mit Innendurchmesser D'ti und Außendurchmesser D'te umfaßt, die der zu behandelnde Draht 1 mit dem Durchmesser Df in Richtung des Pfeils F durchläuft.
Die Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Achse xx' des Drahts 1, die auch Achse der Vorrichtung 32 ist, und die Fig. 8 ist ein Schnitt senkrecht zu dieser Achse xx', wobei der Schnitt der Fig. 8 durch die Geradeabschnitte VIII-VIII in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, und die Achse xx' in der Fig. 8 durch den Buchstaben "x" angedeutet ist. Der Raum 34 zwischen dem Draht 1 und dem Rohr 33 ist mit einem Gas 35 gefüllt, das in direktem Kontakt mit dem Draht 1 und der Innenwand 330 des Rohrs 33 steht. Das Gas 35 bleibt im Hohlraum 34 während der Behandlung des Drahts 1, da die Vorrichtung 32 keine geeigneten Mittel besitzt, um eine Zwangsventilation des Gases 35 zu ermöglichen, d.h., daß das Gas 35 praktisch ohne Zwangsventilation nur durch die Fortbewegung des Drahts 1 in Richtung des Pfeils F im Raum 34 in Bewegung versetzt wird. Während der thermischen Behandlung des Drahts 1 findet eine Wärmeübertragung vom Draht 1 auf das Gas 35 statt. λ' ist die Wärmeleitfähigkeit des Gases 35, gemessen bei 600 ºC. Diese Leitfähigkeit wird in W/mK ausgedrückt. Der Draht 1 wird durch zwei Drahtführungen 36, die aus Keramik oder Wolframcarbid bestehen, und von denen die eine am Eingang, die andere am Ausgang des Drahts 1 aus dem Rohr 33 angebracht ist, geführt. Das Rohr 33 wird äußerlich durch ein Wärmetauscherfluid 37, z.B. Wasser, das in einem ringförmigen Mantelrohr 38, welches das Rohr 33 umgibt, umläuft, gekühlt. Dieses Mantelrohr 38 hat eine Länge L'm, einen Innendurchmesser D'mi, einen Außendurchmesser D'me. Das Mantelrohr 38 wird durch ein Rohrstück 39 mit Wasser 37 versorgt; das Wasser 37 verläßt das Mantelrohr 38 durch das Rohrstück 40, so daß das Wasser 37 entlang des Rohrs 33 entgegengesetzt zur Pfeilrichtung F strömt. Die Dichtigkeit zwischen dem Wasser 37 enthaltenden Bereich 41 (Innenvolumen des Mantelrohrs 38) und dem Gas 35 enthaltenden Raum 34 wird mit Hilfe von Dichtungen 42, die z.B. aus Elastomeren bestehen, erreicht. Die Länge des Rohrs 33 in Kontakt mit dem Fluid 37 ist in der Fig. 7 mit L't bezeichnet.
Der Wärmetauscher 32 kann für sich allein eine Vorrichtung für den Abschnitt Z2 bilden. Man kann auch mehrere Wärmetauscher 32 entlang der Achse xx' mit Hilfe der die Enden des Mantelrohrs 38 bildenden Flansche 43 zusammensetzen, so daß der Draht 1 mehrere in Serie entlang der Achse xx' angeordnete Wärmetauscher 32 durchläuft. Die Kenngrößen des Rohrs 33, des Drahts 1 und des Gases 35 sind so gewählt, daß bei der durch den Bereich AB der Kurve 4 dargestellten Abkühlung vor der Perlitisierung folgende Beziehungen eingehalten werden:
1,05 ≤ R' ≤ 15 (3)
5 ≤ K' ≤ 10 (4)
mit den Definitionen:
R'= D'ti/Df
K'= [Log(D'ti/Df)] x Df²/λ',
wobei D'ti und Df in Millimeter ausgedrückt sind, ' die bei 600 ºC gemessene und in W/mK ausgedrückte Wärmeleitfähigkeit des Gases und Log den Logarithmus bedeuten.
Das Gas 35 ist z.B. Wasserstoff, Stickstoff, Helium, ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, aus Wasserstoff und Methan, aus Stickstoff und Methan, aus Helium und Methan oder aus Wasserstoff, Stickstoff und Methan.
Für Drähte 1 mit großem Durchmesser muß das Verhältnis R' zwischen dem Innendurchmesser D'ti und dem Durchmesser Df des Drahts nahe bei 1 liegen, und die Verwendung eines gut wärmeleitenden Gases 35, z.B. Wasserstoff, wird notwendig.
Der Abschnitt Z3 der Einrichtung 300 wird z.B. verwirklicht, indem mehrere in Serie angeordnete Wärmetauscher 32 unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen verwendet werden.
Um eine Umwandlung von Austenit in Perlit unter den besten Bedingungen zu erhalten, ist es vorzuziehen, wenn die durch die Linie BC in der Fig. 1 schematisch dargestellten Etappen der Umwandlung des Drahts 1 bei einer sich möglichst wenig ändernden Temperatur ablaufen, bei der die Temperatur des Drahts 1 z.B. um nicht mehr als 10 ºC nach oben oder unten von der nach der durch die Linie AB schematisch dargestellten Abkühlung erhaltenen Temperatur θB abweicht. Diese Begrenzung der Temperaturänderung wird also während einer längeren Zeit als der Perlitisierungszeit durchgeführt, wobei die Perlitisierungszeit dem graden Stück BxCx entspricht. Vorteilhafterweise weicht die Temperatur des Drahts 1 um nicht mehr als 5 ºC nach oben oder unten von der Temperatur θB auf dieser Linie BC ab. Die Fig. 6 stellt z.B. den Idealfall dar, bei dem die Temperatur konstant und gleich θB ist während der Etappen, die durch die Linie BC schematisch dargestellt werden, die somit ein zur Abszisse paralleles Geradenstück ist.
Die Umwandlung von Austenit in Perlit, die im Bereich stattfindet, setzt eine Wärmemenge von ungefähr 100 000 J/kg frei, mit einer Umwandlungsgeschwindigkeit, die in diesem Bereich sich in Abhängigkeit von der Zeit ändert, wobei diese Geschwindigkeit in der Nähe der Punkte Bx und Cx gering ist und in Richtung der Mitte des Abschnitts BxCx maximal wird. Wenn man unter diesen Bedingungen eine praktisch konstante Temperatur während der Umwandlung will, ist es notwendig, modulierte Wärmeaustäusche durchzuführen, d.h. Wärmeaustäusche, deren Leistung pro Längeneinheit des Drahts 1 sich entlang der Vorrichtung, in der die Umwandlung stattfindet, ändert, wobei die Abkühlung durch das Gas 35 maximal ist, wenn die Perlitisierungsgeschwindigkeit maximal ist, und zwar um die Erscheinung der Rekaleszenz aufgrund eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Drahts 1 während der Perlitisierung zu verhindern.
Diese Modulation kann vorzugsweise durchgeführt werden, indem man entweder den Innendurchmesser B'ti der Rohre 33, durch die der Draht verläuft, oder die Länge L't der verschiedenen Rohre 33, durch die der Draht verläuft, ändert, wie im oben zitierten französischen Patentanmeldung 88/00904 beschrieben.
Im Abschnitt Z&sub3; entspricht der Wärmetauscher 32 mit der größten Kühlleistung dem Bereich, in dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit am größten ist. Unter diesen Bedingungen:
- nimmt, wenn die Modulation durch Verändern des Innendurchmessers D'ti der Rohre 33 durchgeführt wird, dieser Durchmesser vom Eingang des Abschnitts Z&sub3; bis zum Wärmetauscher 32, bei dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit am größten ist, ab, anschließend nimmt dieser Durchmesser in Richtung des Ausgangs des Bereichs Z&sub3; in Richtung des Pfeils F zu;
- wenn die Modulation durch Verändern der Länge L't der Rohre 33 durchgeführt wird, nimmt diese Länge vom Eingang des Abschnitts Z&sub3; bis zum Wärmetauscher 32, bei dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit am größten ist, zu, anschließend nimmt diese Länge in Richtung des Ausgangs des Abschnitts Z&sub3; ab.
In beiden Fällen bewirkt man in Richtung des Pfeils F eine Zunahme der Kühlleistung vom Eingang des Abschnitts Z&sub3; bis zum Wärmetauscher 32, bei dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit am größten ist, anschließend nimmt diese Leistung in Richtung des Ausgangs des Abschnitts Z&sub3; hin ab.
In diesem Wärmetauscher 32, bei dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit am größten ist, gelten vorzugsweise die folgenden Beziehungen:
1,05 ≤ R' ≤ 8 (5)
3 ≤ K' ≤ 8 (6) wobei R' und K' dieselben Definitionen wie oben haben.
Der Abschnitt Z4 wird z.B. aus einem Wärmetauscher 32 gebildet, der die oben definierten Beziehungen (3) und (4) einhält.
Der Draht 1 dringt anschließend in den Abschnitt Z5 ein, wo er durch Eintauchen in Wasser auf eine Temperatur nahe der Umgebungstemperatur von z.B. 20 bis 50 ºC gebracht wird. Der in der Einrichtung 300 behandelte Draht 1 weist dieselbe Struktur auf, die man durch das bekannte Verfahren des Bleipatentierens erhält, d.h. eine feine perlitische Struktur. Diese Struktur weist durch Ferritlamellen getrennte Cementitlamellen auf. Als Beispiel stellt die Fig. 9 einen Schnitt durch einen Bereich 50 einer solchen feinen perlitischen Struktur dar. Dieser Bereich 50 umfaßt zwei praktisch parallele, durch eine Ferritlamelle 52 getrennte Cementitlamellen 51. Die Dicke der Cementitlamellen 51 ist mit "i" und die Dicke der Ferritlamellen 52 mit "e" bezeichnet. Die Perlitstruktur ist fein, d.h. daß der mittlere Wert i+e höchstens 1000 Å, mit einer Toleranz von etwa 250 Å beträgt.
Ein solcher Draht kann z.B. zur Verstärkung von Gegenständen aus Kunststoffen oder Gummi, insbesondere von Reifenmänteln dienen.
Die Einrichtung 300 ermöglicht darüberhinaus, mindestens eines der folgenden Ergebnisse zu erzielen:
- Nach der thermischen Behandlung und vor dem Ziehen weist der Draht eine Zugfestigkeit von mindestens 1300 MPa auf;
- der Draht kann so gezogen werden, daß ein Querschnittsverhältnis von mindestens 40 entsteht;
- nach dem Ziehen weist der Draht eine Zugfestigkeit von mindestens 3000 MPa auf.
Das Querschnittsverhältnis entspricht per definitionem dem Verhältnis: Querschnitt des Drahtes vor dem Ziehen/Querschnitt des Drahts nach dem Ziehen.
Die Einrichtung 300 weist die folgenden Vorteile auf:
- Einfacheit, geringe Investitions- und Unterhaltskosten, denn:
die Verwendung von geschmolzenen Metallen oder Salzen wird vermieden;
man kommt ohne den Gebrauch von Kompressoren oder Turbinen aus, die bei einem Zwangsumlauf des Gases notwendig wären;
- man kann ein genaues Abkühlungsregime erhalten und das Phänomen der Rekaleszenz vermeiden;
- die Möglichkeit, mit derselben Einrichtung eine Perlitisierungsbehandlung an Drähten mit Durchmessern Df, die sich in weiten Grenzen ändern können, durchzuführen;
- man vermeidet alle Hygieneprobleme, und eine Reinigung des Drahtes ist nicht notwendig, da die Benutzung von geschmolzenen Metallen oder Salzen vermieden wird.
Diese Vorteile werden nur erhalten, wenn die Beziehungen (3) und (4) bei der durch den Bereich AB der Kurve (Fig. 6) schematisch dargestellten Abkühlung eingehalten werden.
Wenn Rohre verwendet werden, die ein Gas ohne Zwangsventilation enthalten, und das Rohr mit einem Wärmeträgerfluid umgeben ist, aber die Beziehungen (3) und (4) bei der dem Bereich AB der Kurve entsprechenden Abkühlung vor der Perlitisierung nicht eingehalten werden, ist es nicht möglich, eine korrekte Perlitisierung durchzuführen.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von mindestens einem Draht (1) aus Kohlenstoffstahl, zur Erzeugung eines homogenen Austenitgefüges, das folgende Merkmale aufweist:

a) Erhitzen des Drahts (1) durch Führen durch mindestens ein Rohr (2), das ein Gas (4) praktisch ohne Zwangsventilation enthält, wobei das Gas (4) in direktem Kontakt mit dem Draht (1) steht und die Erhitzungszeit des Drahts unter 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser liegt;

b) die Kenngrößen des Rohrs (2), des Drahts (1) und des Gases (4) so gewählt sind, daß folgende Beziehungen eingehalten werden:

1,05 ≤ R ≤ 7 (1)

0,6 ≤ K ≤ 8 (2)

mit den Definitionen

R = Dti/Df

K = [Log(Dti/Df)] x Df²/λ ,

wobei Dti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in Millimetern, λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 800 ºC, ausgedrückt in Watt/mK und Log den natürlichen Logarithmus bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) von außen durch einen elektrischen Widerstand (6) erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (4) im thermodynamischen Gleichgewicht mit dem Kohlenstoff des Stahls des Drahts (1) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (4) eine oberflächliche Recarbonisierung des Stahls des Drahts ermöglicht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas eine reduzierende Wirkung auf die Oberfläche des Drahts (1) hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend eine Perlitisierungsbehandlung auf dem Draht (1) vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das folgende Merkmale aufweist:

c) Abkühlen des Drahts (1) von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur AC3 bis auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1;

d) anschließende Durchführung der Perlitisierungsbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1;

e) Durchführung dieser Abkühlungs- und Perlitisierungsbehandlung durch Führen des Drahts (1) durch mindestens ein Rohr (33), das ein Gas (35) praktisch ohne Zwangsventilation enthält, wobei das Rohr von einem Wärmeträgerfluid umgeben ist, so daß eine Wärmeübertragung vom Draht über das Gas und das Rohr auf das Wärmetauscherfluid abläuft;

f) die Kenngrößen des Rohrs (33), des Drahts (1) und des Gases (35) sind so gewählt, daß mindestens während der Abkühlung vor der Perlitisierung die folgenden Beziehungen eingehalten werden:

1,05 ≤ R' < 15 (3)

5 ≤ K' ≤ 10 (4)

mit den Definitionen

R' = D'ti/Df

K'= [Log(D'ti/Df)] x Df²/λ' ,

wobei D'ti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in Millimetern, λ' die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 600 ºC, ausgedrückt in W/mK und Log den natürlichen Logarithmus bedeuten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abkühlen des Drahts (1) von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur AC3 auf eine gegebene Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1 der Draht während einer Zeit, die größer ist als die Perlitisierungszeit, auf einer Temperatur gehalten wird, die um nicht mehr als 10 ºC nach oben oder unten von dieser gegebenen Temperatur abweicht, unter Modulation des Wärmeaustausches, wobei in dem oder den Abschnitten des oder der Rohre (33), in denen die Perlitisierungsgeschwindigkeit am größten ist, folgende Beziehungen eingehalten werden: 1,05 ≤ R' ≤ 8 (5) 3 ≤ K' ≤ 8 (6).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (1) auf einer Temperatur gehalten wird, die um nicht mehr als 5 ºC nach oben oder unten von dieser gegebenen Temperatur abweicht.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation durch Verändern des Innendurchmessers (D'ti) des Rohrs (33) oder mindestens eines Rohrs (33) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation durch Verwendung mehrerer Rohre (33) durchgeführt wird, deren Länge (L't) verändert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend der Draht (1) abgekühlt wird.

13. Vorrichtung (100) zur thermischen Behandlung von mindestens einem Draht (1) aus Kohlenstoffstahl zur Erzeugung eines homogenen Austenitgefüges, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

a) Sie umfaßt mindestens ein Rohr (2) und Mittel, die es ermöglichen, den Draht durch das Rohr zu führen; das Rohr (2) enthält ein Gas (4) praktisch ohne Zwangsventilation in direktem Kontakt mit dem Draht, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erhitzen des Gases umfaßt; die Mittel, die es ermöglichen, den Draht durch das Rohr zu führen sind so, daß die Kontaktzeit des Drahts mit dem Gas kleiner als 4 Sekunden pro Millimeter Drahtdurchmesser ist;

b) die Kenngrößen des Rohrs (2), des Drahts (1) und des Gases (4) sind so gewählt, daß folgende Beziehungen eingehalten werden:

1,05 ≤ R ≤ 7 (1)

0,6 ≤ K ≤ 8 (2)

mit den Definitionen

R = Dti/Df

K = [Log(Dti/Df)] x Df²/λ,

14. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elektrischen Widerstand (6) aufweist, der außen am Rohr angebracht ist, um es zu erhitzen.

15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (4) in thermodynamischem Gleichgewicht mit dem Kohlenstoff des Stahls des Drahts ist.

16. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (4) eine oberflächliche Recarbonisierung des Stahls des Drahts (1) ermöglicht.

17. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (4) eine reduzierende Wirkung auf die Oberfläche des Drahts (1) ausüben kann.

18. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Umhüllung (9) aufweist, in der mehrere Rohre (2) angeordnet sind.

19. Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (Df) des Drahts (1) sich von 0,4 bis 6 mm ändert.

20. Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Behandlung von Drähten (1) mit einem Verhältnis der Durchmesser Df von 1 bis 5 ermöglicht.

21. Einrichtung (300) zur thermischen Behandlung von mindestens einem Draht (1) aus Kohlenstoffstahl, die mindestens eine Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20 umfaßt.

22. Einrichtung (300) zur thermischen Behandlung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß

sie nach der Austenitisierungsvorrichtung (100, 200) Mittel umfaßt, die es ermöglichen, den Draht (1) abzukühlen und ein feines perlitisches Gefüge zu erhalten, wobei diese Mittel folgende Merkmale aufweisen:

c) Diese Mittel zur Abkühlung und Perlitisierung umfassen mindestens ein Rohr (33), das ein Gas (35) praktisch ohne Zwangsventilation enthält, wobei das Rohr von einem Wärmeträgerfluid (37) so umgeben ist, daß eine Wärmeübertragung vom Draht über das Gas und das Rohr auf das Wärmeträgerfluid abläuft;

d) die Kenngrößen des Rohrs (33), des Drahts (1) und des Gases (35) sind so gewählt, daß mindestens während der Abkühlung vor der Perlitisierung die folgenden Beziehungen eingehalten werden:

1,05 ≤ R' < 15 (3)

5 ≤ K' ≤ 10 (4),

mit den Definitionen

R' = D'ti/Df

K'= [Log(D'ti/Df)] x Df²/λ',

wobei D'ti den Innendurchmesser des Rohrs, ausgedrückt in Millimetern, Df den Durchmesser des Drahts ausgedrückt in Millimetern, λ' die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 600 ºC, ausgedrückt in Watt/mK und Log den natürlichen Logarithmus bedeuten.

23. Einrichtung (300) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Rohre (33) so angelegt sind, daß sie nach Abkühlung des Drahts (1) von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur AC3 auf eine gegebene Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur AC1 es ermöglichen, den Draht (1) während einer Zeit, die größer ist als die Perlitisierungszeit auf einer Temperatur zu halten, die um nicht mehr als 10 ºC nach oben oder unten von dieser gegebenen Temperatur abweicht, durch Modulation des Wärmeaustausches, wobei die folgenden Beziehungen in dem oder den Abschnitten des oder der Rohre, wo die Geschwindigkeit der Perlitisierung am größten ist, eingehalten wird:

1,05 ≤ R' ≤ 8 (5)

3 ≤ K' ≤ 8 (6).

24. Einrichtung (300) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Rohre (33) so angelegt sind, daß die Temperatur des Drahts (1) um nicht mehr als 5 ºC nach oben oder unten von der gegebenen Temperatur abweicht.

25. Einrichtung (300) nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innendurchmesser (D'ti) des oder mindestens eines Rohres (33) in den Perlitisierungsmitteln ändert.

26. Einrichtung (300) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie in den Perlitisierungsmitteln mehrere Rohre (33) umfaßt, deren Länge (L't) sich ändert.

27. Einrichtung (300) nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die es ermöglichen, den Draht (1) nach der Perlitisierung abzukühlen.