FI75867C - Foerfarande och anordning foer direkt vaermebehandling av en staolstaong med medelhoeg eller hoeg kolhalt. - Google Patents

Description

75867

Menetelmä ja laite keski- tai runsashiilisen terästangon suoraa lämpökäsittelyä varten Käsiteltävä keksintö koskee parannettua menetelmää 5 ja laitetta keski- tai runsashiilisten terästankojen valmistamiseksi käytettäväksi erityisesti jousina ja jänni-tysosina, joko kierrettyinä tai kiertämättöminä, esijännitetyssä betonissa (PC). Keksinnön kohteena oleva menetelmä on tarkemmin määritelty patenttivaatimuksen 1 joh-10 dannossa.

Keski- tai runsashiilisen terästangon suoran lämpökäsittelyn pääpiirteenä on tankokierukan jäähdyttäminen pääasiassa yhtenäisesti kierukan koko pituudella sopivalla jäähdytysnopeudella, niin että saadaan hieno perliittinen 15 mikrorakenne. Koska käsitellyn tangon lujuus- ja vedettä-vyysominaisuudet vastaavat hehkutetun ja sen jälkeen sulassa metallissa jäähdytetyn tangon näitä ominaisuuksia, se voidaan vetää välittömästi ilman tällaista hehkuttamista ja jäähdyttämistä, mikäli tangon halkaisija ja halut-20 tua laatua koskevat spesifikaatiot sen sallivat. Kuitenkin tangoilla, joita käytetään PC-jännitysosien valmistukseen, on oltava suuri halkaisija ja hyvä vetolujuus, ja tavanomaisessa suorassa lämpökäsittelyssä valmistetun tangon vetolujuus on noin 10 kg/mmA pienempi kun sellaisen tangon vetolu-25 juus, joka on hehkutettu ja jäähdytetty lyijyhauteen avulla. Lisäksi tavanomaisella suoralla menetelmällä käsiteltyjen tankojen lujuus on yhtenäisyydeltään pieni. Näistä syistä lyijyhauteen avulla tapahtuva hehkutus ja jäähdytys ovat oleellista valmistettaessa halkaisijaltaan 30 suuria tankoja, joita käytetään PC-jännitysosina.

Keski- tai runsashiilisten terästankojen suoraa lämpökäsittelyä varten on ehdotettu useita menetelmiä, joilla on omat erilaiset etunsa ja epäkohtansa, kuten myöhemmin selostetaan. Ensinnäkin Stelmor-menetelmällä, jos-35 sa vaakakuljettimelle suoritettu pyöreä spiraalikierukka 75867 2 jäähdytetään ilraapuhaltimella (JP-patenttijulkaisu nro 15 463/67), saadaan ilman paikallista jäähdyttämistä aikaan laadultaan suhteellisen yhtenäinen tanko. Tämän menetelmän jäähdytystoiminto on kuitenkin melko heikko 5 eikä näin saatu tanko ole riittävän luja. Ilmapuhallin ei jäähdytä tehokkaasti kierukan vierekkäisten kierteiden toisiinsa limittyviä osia, ja tämä aiheuttaa taas epätasaisuutta tangon vetolujuudessa. Toisella menetelmällä, jossa tangon spiraalikierukka kierretään lämpi-10 mässä vedessä (JP-patenttijulkaisu nro 8 536/70) tai kuljetetaan vaakakuljettimella, joka liikkuu lämpimän veden läpi (JP-patenttijulkaisu nro 8 089/71), saadaan laadultaan yhtenäinen tanko, jos kiehuvaa vettä käytetään jäähdytysaineena. Tuotteella on kuitenkin riittä-

O

15 mätön vetolujuus - 10 kg/mm pienempi kuin lyijyhau-teen avulla hehkutetun ja jäähdytetyn tangon arvo - ja myös sellaisen tangon vetolujuus, joka on käsitelty ilman suihkuttamiseen liittyvällä voimakkaalla lisäsekoit-tamisella (kuten JP-patenttihakemuksessa (OPI) nro 20 9 826/82 esitetään), on 5-7 kg/mm pienempi kuin se arvo, joka on saatu lyijyhauteen avulla tapahtuvaan heh-kuttamiseen ja jäähdyttämiseen liittyen. Alijäähdytetyn, kiehuvan veden (95°C) käyttöä on myös ehdotettu ja tällä tanko saadaankin lujuudeltaan paremmaksi. Tällä menetel-25 mällä ei kuitenkaan pystytä saamaan aikaan vakaata kal-vokiehumista ja myös perliitin transformaatioaluetta korkeammissa, kohotetuissa lämpötiloissa esiintyy kup-lakiehumista, ja tästä johtuva paikallinen jäähdytys saa aikaan tietyn martensiittirakenteen, mikä on luon-30 nollisesti epäedullista suunniteltuun tavoitteeseen nähden, jolla pyritään valmistamaan vetolujuudeltaan ja ve-dettävyydeltään parannettu terästanko.

Käsiteltävän keksinnön päätavoitteena on saada aikaan suoraa lämpökäsittelyä varten sellainen menetelmä 35 ja laite, jolla pystytään valmistamaan hyvän murtolujuu- 3 75867 den ja vedettävyyden omaava keski-tai runsashiilinen terästanko käyttämällä jäähdytysnopeutta, johon voidaan päästäväin kalvokiehumisella, käyttämällä kuplakiehumista. Käsitellyn tangon lujuus on verrattavissa lyijykylvyn 5 avulla hehkuttamalla ja jäähdyttämällä saatuun lujuuteen, ja tangon poikkeama on pienempi kuin tavanomaisesti käsitellyn tangon poikkeama. Tämän laadun yhtenäisyyden lisäksi nyt esiteltävän keksinnön mukaan käsitellyllä tangolla on parannettu vedettävyys.

10 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallises ti tunnusomaista, että jäähdytysaine saatetaan voimakkaaseen pyörretilaan ja siihen syötetään kaasukuplavettä siten, että se sisältää yhtenäisen dispersion hapettavia hienoja kaasukuplia, ja jäähdytysaineen lämpötila sääde-15 tään arvoon, joka on enintään 95°C, jolloin kierukalle saadaan yhtenäiset jäähdytysolosuhteet sen koko pituudella.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että siinä on 20 suuntauspää spiraalikierukan muodostamiseksi vals satusta suurlämpötilatangosta, lämpökäsittelyastia jäähdytettävän tangon varastoimiseksi mainitun astian ollessa täytetty kaasukupla-vedellä sekoitetulla nesteellä, 25 ainakin yksi laite spiraalitangon upottamiseksi astiaan, sen kuljettamiseksi ja laajentamiseksi sekä poistamiseksi siitä, sekoituslaite astiassa olevan jäähdytyslaitteen sekoittamiseksi ja 30 laite kaasu-vesisekoitteisen nesteen saattami seksi nestemäiseen tilaan ja kierrättämiseksi yhdensuuntaisesti tangon kuljetussuuntaan nähden.

Esiteltävän keksinnön mukaan käsiteltävä teräs-tanko on kuumavalssattu tanko, joka on tehty keski- tai 35 runsashiilisestä teräksestä tai seostetusta teräksestä, 4 75867 jossa on pieni määrä jotain seostuslisää, kuten Ni, Cr, V, Mo tai W.

Käsiteltävän keksinnön tekijät ovat suorittaneet erilaisia tutkimuksia voidakseen määrittää optimiolosuh-5 teet pintakäsittelylle ja jäähdytysaineille, joilla pystytään saamaan aikaan yhtenäinen jäähdytys ilman kupla-kiehumista ja jotka takaavat tarvittavan jäähdytysnopeu-den, niin että tangolle saadaan sellainen lujuus, joka on verrattavissa lyijyhauteessa hehkutetun ja sen jäl-10 keen jäähdytetyn tangon lujuuteen. Näiden tutkimuksien tuloksena onkin todettu, että tanko, jonka lujuus on verrattavissa lyijyhehkutetun tangon lujuuteen, voidaan valmistaa hapettamalla tangon pinta ensin etukäteen määrättyyn asteeseen ja upottamalla tankomateriaali sitten 15 jäähdytysaineeseen, joka on valmistettu kaasukuplave-dellä sekoitetusta nesteestä, joka sisältää tietyn dispersion hapettavia kaasukuplia ja on enintään 95°C lämpötilassa, niin että tangon pintaan voidaan suorittaa kemiallinen käsittely ja jäähdyttää se samalla. Tähän 20 havaintoon perustuen käsiteltävän keksinnön tekijät ovat myös todenneet, että ohjatulla jäähdytyksellä tapahtuvassa terästangon suorassa lämpökäsittelyssä, jossa tangon spiraalikierukka syötetään ei-samankeskisesti laajennetussa tilassa yhtäjaksoisesti jäähdytysaineen 25 läpi yleensä vaakasuorassa suunnassa, kierukan koko pituuden yhtenäistä jäähdyttämistä varten on edullista, että jäähdytysaine pannaan virtaamaan siihen suuntaan, johon kierukkaa siirretään.

Kuvio 1 on graafinen esitys ja havainnollistaa 30 testituloksia kolmeen erilaiseen jäähdytysaineeseen upotetuissa tankokoekappaleista, kuvio 2 on graafinen esitys ja havainnollistaa kaasukuplien laajenemisastetta kaasukuplat sisältävän jäähdytysaineen lämpötilan funktiona, 5 75867 kuvio 3 on sarja graafisia esityksiä, jotka havainnollistavat käsiteltyjen tankojen vetolujuutta lämpötilan funktiona neljää erilaista hapetuskestoaikaa varten, kuvio 4 on graafinen esitys ja havainnollistaa 5 testituloksia lisäkokeista, joissa jäähdytysaineeseen dispergoitujen ilmakuplien kokoa on vaihdeltu, kuvio 5 on diagrammi tietystä jäähdytysprofiilista tankokoekappaleiden keskiosaa varten, kuvio 6 on graafinen esitys ja havainnollistaa 10 tiettyä kaasun pidätystä ja pyörretilan likimääräistä voimakkuutta pylvään pintanopeuteen nähden, kuvio 7 on graafinen esitys ja havainnollistaa 02-konsentraatiota jäähdytysaineen lämpötilan funktiona, kuvio 8 on kaavio ja havainnollistaa jäähdytys-15 ainevirran kahta pääsuuntaa, kuvio 9 esittää tasokuvana tangon spiraalikieruk-kaa ei-samankeskisesti laajennetussa tilassa, kuvio 10 on graafinen esitys ja havainnollistaa jäähdytysaineen virtausnopeuden vaikutusta terästanko-20 koekappaleiden vetolujuuteen, kuvio 11 esittää tangon lujuuden poikkeamaa jääh-dytysaineen virtausnopeuden ja spiraalikierukan kuljet-nopeuden suhteen funktiona, kuvio 12 on kaaviopoikkileikkaus laitteesta, jo-25 ta käytetään keksinnön mukaisen suoran lämpökäsittely-menetelmän soveltamiseen, kuvio 13 on histogrammisarja eri kierukkanäyttei-den vetolujuudesta, kuvio 14 on kaavio toisesta laitteesta, jota käy-30 tetään keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseen, ja kuviot 15-17 muodostavat mikrovalokuvasarjän, joka esittää kolmeen eri tankokoekappaleeseen muodostunutta hilsettä.

Käsiteltävän keksinnön etuja selostetaan yksi-35 tyiskohtaisesti viittaamalla seuraaviin kokeisiin ja esimerkkeihin.

6 75867

Koe 1

Lyhyet tankokoekappaleet (JIS: SWRH 82B), joiden halkaisija oli 11 mm ja jotka sisälsivät 0,8 % C, 0,2 % Si ja 0,68 % Mn, kuumennettiin 950°C:een hapettumatto-5 massa ilmakehässä ja jätettiin sen jälkeen hapettumaan ilmakehään todellisissa käyttöolosuhteissa (toisin sanoen jäähdytys ilmassa 4 sekunnin ajan). Sen jälkeen koekappaleet upotettiin kolmeen seuraavaan jäähdytys-aineeseen, joiden lämpötila oli noin 78°C, niiden te-10 hokkuuden tarkistamiseksi ohjatussa jäähdytyksessä: (a) lämpimään veteen, (b) kaasukuplavedellä sekoitettuun nesteeseen, jolloin ilmaa puhallettiin lämpimään veteen sen dispersion aikaansaamiseksi, ja (c) kaasukuplavedellä sekoitettuun nesteeseen, jolloin typpeä 15 puhallettiin lämpimään veteen sen dispersion aikaansaamiseksi. Testitulokset esitetään kuvassa 1. Lämpimällä vedellä, johon kaasua ei puhallettu, oli suuri taipumus aiheuttaa kuplakiehumista, ja useimmat tällä jäähdytysaineella käsitellyistä tankokoekappa-20 leista, muodostivatkin tietyn martensiittirakenteen eikä niillä ollut haluttua lujuutta. Kun 5 litraa huonelämpöistä ilmaa puhallettiin lämpimään veteen yhden sekunnin ajan 1 m pintayksikköä kohden, muodostui stabiili kalvokiehuminen, ja ilmakuplien pyörre-25 tila paransi tangon lujuutta. Tämä ei ollut kuitenkaan mahdollista typpikuplien osalla, ja jäähdytysaineella (c) käsitellyillä tankokoekappaleilla oli ei-toivottu martensiittirakenne. Asian vahvistamiseksi ilma korvattiin puhtaalla hapella, ja tulokset vasta-30 sivat jäähdytysainetta (b) käyttämällä saatuja tuloksia .

Näistä havainnoista on pääteltävissä, että sta-biilikalvokiehuminen voidaan pitää yllä jopa silloinkin, kun jäähdytys tapahtuu huomattavasti alijäähdy-35 tetyllä (78°C), kiehuvalla vedellä, jos tiettyä kaa- 7 75867 sua, jolla on määrätty hapettava vaikutus teräkseen, esimerkiksi ilmakehän ilmaa, happipitoista ilmaa tai happea (tällaista kaasua nimitetään seuraavassa hapettavaksi kaasuksi) puhalletaan lämpimään veteen sellainen 5 määrä, joka ylittää tietyn suhteen lämpimään veteen nähden, ja jos tällaisen hapettavan kaasun kuplat dispergoidaan lämpimään veteen.

Kokeessa 1 kaasukuplavedellä sekoitetussa nesteessä olevan kaasufaasin tilavuus ilmaistaan huone-10 lämpötilassa olevan ilman puhallusmääränä. Kuitenkin, kun kaasu puhalletaan lämpimään veteen, niin näin syntyvät kuplat lämpenevät ja lämmin vesi höyrystyy kupliksi, kunnes päästään tasapainotilaan, ja tämä aiheuttaa taas melkein silmänräpäyksellisen kuplien pai-15 sumisen, kuten kuvassa 2 esitetään. Sen vuoksi kaasukuplavedellä sekoitetun nesteen kaasufaasin tilavuus ilmaistaan mieluimmin paisuneiden kuplien tilavuutena kuin huonelämpötilassa olevan puhalletun kaasun määränä. Kaikkein mieluimmin pylvään pintanopeutta (cm/sek), 20 joka määritetään tietyn nesteen tietyn pintayksikön läpi tiettynä aikayksikkönä menevän kaasun tilavuudeksi, käytetään ilmaisemaan kaasufaasin fysikaaliskemialli-sia ominaisuuksia kaasukuplavedellä sekoitetussa nesteessä, koska viimeksi mainitussa tapauksessa kaasukup-25 lat eliminoituvat nesteestä peräkkäin kelluvuuden vaikutuksesta. Kuvion 1 mukaisesti, jotta tangolle saadaan lyijyhauteen avulla hehkutetun ja sen jälkeen jäähdytetyn tuotteen lujuuteen verrattava lujuus,

O

huonelämpöistä ilmaa on puhallettava 15 1/sek.m tai 30 suurenna.Ua nopeudella, ja tämä vastaa 30 1/sek.m2 tai suurempaa määrää ilmaa, joka puhalletaan lämpimän veden lämpötilaa vastaavassa lämpötilassa, ja 3 cm/sek tai enemmän pylvään pintanopeutena ilmaistuna. Yli 20 cm/sek pintanopeutta pylväässä pitäisi välttää, koska se ai- 8 75867 heuttaa "kanavoitumista" (kaasukuplat yhtyvät toisiinsa ja muodostavat yhden kaasufaasin). Sen vuoksi pylväälle sopivaksi pintanopeudeksi valitaankin 3-20 cm/sek.

Kuvio 1 esittää myös, että nesteellä (b) jäähdy-5 tettyjen tankokoekappaleiden vetolujuus lisääntyi pylvään pintanopeuden kasvaessa, kun sen sijaan tällaista pyrkimystä ei voitu havaita silloin, kun koekappaleet käsiteltiin lämpimällä vedellä (a). Tämä johtuu siitä, että pintanopeuden lisääntyminen muodostaa pyörretil-10 lan, joka saa aikaan suuremman lämmönsiirtokertoimen ja aiheuttaa tästä johtuen myös suuremman jäähdytys-nopeuden. Jos pylvään pintanopeus on riittävän suuri, jäähdytysaineen lämpötila tangon ympärillä pysyy alunperin säädetyssä arvossaan ja tällöin saadaan 15 tuote, jolla on suuri, mainittua säätöarvoa vastaava vetolujuus. Toisaalta, jos pylvään pintanopeus on alhainen, tangon ympärillä kiertävän jäähdytysaineen virtaus hidastuu, ja tangosta tuleva lämpövirtaus nostaa jäähdystysaineen lämpötilaa. Tämä vähentää puo-20 lestaan tangon jäähtymisnopeutta ja saa aikaan sen, että tangon vetolujuus laskee vastaavasti.

Kuten kuviosta 1 voidaan nähdä, nesteellä (c) jäähdytetyillä tankokoekappaleilla on erittäin pieni vetolujuus. Tämä johtuu siitä, että typen avulla kup-25 liksi muodostetulla lämpimällä vedellä oli suuri taipumus saada aikaan kuplakiehumista, ja että tästä johtuva epänormaali jäähdytysnopeuden lisääntyminen edisti martensiittirakenteen muodostumista.

Hehkuhilse, joka muodostui tankokoekappaleisiin, 30 jotka käsiteltiin kaasukuplavedellä sekoitetulla nesteellä tiettyä hapettavaa kaasua käyttämällä, erosi väriltään selvästi siitä hilseestä, joka muodostui pelkällä lämpimällä vedellä tai typellä kupliksi muodostetulla vedellä käsiteltyihin tankokoekappaleisiin. 35 Tämän eron havainnollistamiseksi koekappaleet käsitel- 9 75867 tiin kolmessa seuraavassa esitettävässä käyttötilassa ja jokaiseen koekappaleeseen muodostuneesta hilseestä otettiin valokuvat SEMillä (scanning electron microscope). Vastaavat mikrovalokuvat esitetään kuvassa 5 15 (kuumennettiin 950°C:ssa 15 minuuttia ^-kaasussa, hapetettiin ilmakehän ilmalla 5,1 sekuntia ja käsiteltiin kaasukuplavedellä sekoitetulla nesteellä Ar-kaa-sua käyttämällä (N2~kaasun asemesta) 93°C:ssa), kuvassa 16 (kuumennettiin 950°C:ssa 15 minuuttia N2-kaasussa, 10 hapetettiin ilmakehän ilmalla 4 sekuntia ja käsiteltiin kaasukuplavedellä sekoitetulla nesteellä ilmaa käyttämällä, lämpötila 93°C) ja kuvio 17 (kuumennettiin 950°C:ssa 15 minuuttia N2-kaasussa, hapetettiin ilmakehän ilmalla 4,4 sekuntia ja käsiteltiin lämpi-15 mällä vedellä,lämpötila 93°C). Kaikkia koekappaleita hapetettiin ilmakehän ilmassa noin 4 sekuntia, minkä katsotaan martensiittirakenteen muodostumisen kannalta yleensä (ks. seuraavassa esitettävä koe 2). Koekappaleissa, jotka eivät olleet samat kuin ne koe-20 kappaleet, jotka käsiteltiin ilman ja veden seoksen muodostamalla jäähdytysaineella, oli pinnassa neula-kiteitä. Nämä edistivät kuplakiehumista, joka tapahtui jäähdytysvaiheen aikana.

Koe 2 25 Tämä koe suoritettiin, jotta saataisiin selvil le tankojen upottamista jäähdytysaineeseen edeltävän hapetuksen kestoajan vaikutus. Tässä kokeessa käytettyjen koekappaleiden koko ja materiaali vastasivat koetta 1 varten valittujen koekappaleiden kokoa ja 30 materiaalia. Koemenetelmä oli myös sama kuin kokeessa 1. Testi suoritettiin puhaltamalla ilmaa normaali-lämpötilassa pylvään pintanopeuden ollessa 3 cm/sek. Tällöin valittiin neljä seuraavaa ilmaheptuksen kestoaikaa: 0,5 sek, 3-5 sek, 10 sek ja 15 sek. Hapetuk-35 sen jälkeen koekappaleet kastettiin jokaiseen jäähdy- 10 758 6 7 tysaineeseen (70-100°C) 1 sekunnin ajaksi. Jokaisen jäähdytysaineen lämpötilan profiili käsiteltyjen tankojen funktiona esitetään kuvassa 3 näille neljälle ha-petuskestoajalle.

5 Kuvasta 3 voidaan päätellä seuraavaa: i) Tankokoekappaleilla, jotka käsiteltiin kaa-sukuplavedellä sekoitetuilla nesteillä (b) ja (c), oli suuremmat vetolujuudet kuin niillä koekappaleilla, jotka käsiteltiin yksinkertaisesti lämpimällä vedellä 10 (a).

ii) Käytettäessä ilmalla tapahtuvaa hapetusta, joka ei kestänyt 5 sekuntia kauempaa, kaasukuplavedel-lä sekoitettu neste (b) sai aikaan, kun hapettavana kaasuna käytettiin ilmaa stabiilin kalvokiehumisen ja 15 tangoille, tuli hyvät vetolujuudet, ilman että kupla-kiehumista syntyi ennen perliittisen transformaation päättymistä 75°C tai korkeammassa jäähdytyslämpötilas-sa. Noin 80°C:ssa päästiin 125 kg/mm^ vetolujuuteen, joka vastasi melkein lyijyhehkutetun ja -jäähdytetyn 20 tuotteen vetolujuutta. Jäähdytysnesteellä (b) käsiteltyjen tankokoekappaleiden lujuus lisääntyi jäähdytys-aineen lämpötilan laskiessa, ja kasvunopeus on suurempi kuin lämpimällä vedellä (a) suoritetussa käsittelyssä. Kalvokiehuminen, joka tapahtui kaasukupla-25 vedellä sekoitetulla nesteellä (c) suoritetun jäähdytyksen aikana, jolloin hapettamattomana kaasuna käytettiin typpeä, joka muodostaa pienet typpeä ja vesihöyryjä käsittävät kuplat, oli vähemmän stabiilia kuin se kalvokiehuminen, joka tapahtui käytettäessä 30 ilmaa nesteessä (b) , 0,5 sekuntia lukuunottamatta (atmosfäärisen hapetuksen kestoaika). Kun ilmalla tapahtuva hapetus kesti 3 sekuntia tai kauemmin, lämpimällä vedellä (a) tapahtuva jäähdytys sai aikaan kup-lakiehumisen ennen perliittisen trasformaation päätty-35 mistä jäähdytyslämpötilan ollessa 90°C tai alhaisempi, 11 75867 ja tästä johtuva paikallinen jäähdytys sai aikaan sellaisen martensiittitransformaation, joka aiheutti koekappaleiden vetolujuuden alenemisen. Kun hapetus ei kestänyt 0,5 sekuntia kauempaa, martensiittirakennetta ei 5 muodostunut edes silloin kun jäähdytysaineen lämpötila oli 80°C, mutta tuote ei vastannut lyijyhehkutettua ja -jäähdytettyä tuotetta.

iii) Käytettäessä kaasukuplavedellä sekoitettuja nesteitä (b) ja (c) voitiin todeta, että mitä pitempi 10 jäähdytysaineeseen upottamista edeltävä hapetuksen kestoaika oli, sitä suurempi oli tangon vetolujuuden kasvu, joka tapahtui jäähdytysaineen lämpötilan alenemisesta johtuen.

Edellä esitetyt toteamukset (i) — (iii) johtavat 15 siihen päätelmään, että jäähdytysaineen lämpötilan pitäisi olla yleensä 70-95°C, mieluimmin 75-90°C, ja että ilmahapetuksen, joka edeltää tangon upottamista jäähdytysaineeseen, tulisi olla yleensä 20 sekuntia, kun muut koetulokset otetaan huomioon. Alle 70°C:ssa 20 kuplakiehumista esiintyy hyvin todennäköisesti, ja matertensiittiräkenne, joka saa aikaan alhaisen vetolujuuden, muodostuu helposti. Jos 95°C ylitetään, ei näin saatava tangon vetolujuus ole läheskään tyydyttävä. Alle 75°C:ssa kuplakiehumismahdollisuus on vie-25 lä huomattava eikä yli 90°C:ssa päästä samaan tanko-lujuuteen kuin lyijyhehkutetun ja -jäähdytetyn tangon kohdalla. Jos ilmahapetuksen kestoaika ylittää 20 sekuntia, tangon vetolujuuden lisääntyminen on saavuttanut saturaatioarvonsa ja lisäksi tarvitaan tuntu-30 vasti aikaa koko lämpökäsittelyn suorittamiseen loppuun. Sen vuoksi ei olekaan taloudellista jatkaa ilma-hapetusta 20 sekuntia kauempaa. Ilmahapetus tapahtuu aivan yksinkertaisesti antamalla tangon jäähtyä ilmassa. Erikoislaite (esim. kuljetin) ei ole välttämätön 35 tähän tarkoitukseen, koska tämä jäähdytys tapahtuu nor- 12 758 67 maalisti silloin, kun kuumavalssauslaitteesta tuleva tanko kelataan jäähdytysaineeseen tapahtuvaa kastamista varten.

Lisäksi on välttämätöntä, että ilmahapetuksen 5 kestoaika rajoitetaan 0,5 sekunniksi ennen tangon upottamista jäähdytysaineeseen, johon puhalletaan typpikaasua, toisin sanoen jotain inerttiä ja hapettamatonta kaasua. Tässä tapauksessa tangon vetolujuus kasvaa typpikaasun puhaltamisen aiehuttaman häiriön vaikutuksis-10 ta johtuen tavallisella lämpimällä vedellä tapahtuvaan käsittelyyn verrattuna. Yksinkertaisessa, lämpimän veden käyttöön perustuvassa tapauksessa ne vesihöyry-kuplat, jotka syntyvät tankoa jäähdytettäessä, häviävät välittömästi sen jälkeen, kun ne irtoavat tangon 15 pinnasta eivätkä siis aiheuta häiriövaikutusta. Sen vuoksi tangon lujuus on pienempi.

Koe 3 Tämä koe suoritettiin, jotta saataisiin selville hapettavan kaasun kuplien koon vaikutus tankojen 20 vetolujuuteen. Lyhyet terästangot (JIS: SWRH 82B), joiden halkaisija oli 13 mm, pantiin ohjattuun jäähdytykseen kahteen erilaiseen jäähdytysaineeseen: toinen näistä oli kaasukuplavedellä sekoitettu neste, joka valmistettiin aivan yksinkertaisesti puhaltamalla il-25 maa lämpimään veteen; toinen neste oli sama kuin ensimmäinen lukuunottamatta sitä, että puhalletut ilmakuplat särjettiin pieniksi segmenteiksi puhaltimella tai rei'itetyllä, pyörivällä levyllä, joka oli upotettu jäähdytysaineeseen. Ensimmäinen nestetyyppi 30 sisälsi sellaisia ilmakuplia, joiden keskikoko oli noin 5 mm; jotkut niistä olivat jopa 10 mm tai suurempiakin. Toinen nestetyyppi sisälsi taas ilmakuplia, joiden keskikoko oli noin 1 mm. Koestuslaitteisto oli suunniteltu niin, että sillä pystyttiin puhaltamaan 35 ilmaa pylvään pintanopeuden ollessa tällöin 3 cm/sek.

13 75867

Testitulokset esitetään kuvassa 4, josta voidaan helposti todeta, että hienommat ilmakuplat saivat aikaan vakaan kalvokiehumisen tankojen vetolujuuden ollessa suhteellisen hyvä.

5 Tämä vaikutus voidaan selittää seuraavasti: Hie nommat kuplat hajaantuvat astiaan siten, että jokaisen tangon pintaan muodostuvan höyryn kalvo ottaa ne yhtenäisesti mukaansa, ja tämä saa särkyneen höyrykalvon ansiosta aikaan tehokkaan suojan kuplakiehumista vastaan. Toi-10 sena tämän aiheuttavana tekijänä on kuplansärkijän pyörivä osa, joka sekoittaa pyöriessään jäähdytysaineen. Tällainen sekoittaminen voi saada suoranaisesti aikaan tangon vetolujuuden lisääntymisen ja stabiloida välillisesti tangossa olevan höyrykalvon edistämällä ilma-15 kuplien mukaantuloa.

Kokeen 3 testitulosten mukaan sellaisten hienojen kaasukuplien käyttö, joilla on yhtenäinen kokojakau-tuma, takaa tehokkaasti vakaan kalvokiehumisen, ja tämä vaikutus on suuri nimenomaan silloin, kun kaasukupla-20 vedellä sekoitetun nesteen säiliönä käytetään suurta astiaa. Käytännön tarkoituksia varten päästään hyviin tuloksiin käyttämällä kaasukuplia, joiden koko on noin 1 mm.

Koe 4 25 Terästankokoekappaleet (10 mm Φ), jotka olivat samat kuin kokeessa 1, hapetettiin ilmakehässä 4 sekunnin ajan ja upotettiin sitten pituudeltaan vaihtelevik-si ajoiksi (a) lämpimään veteen 80°C:een tai (b) kaasu-kuplavedellä sekoitettuun nesteeseen 80°C:een, joka 30 muodostettiin kupliksi ilmalla 3 cm/sek ohjatulla nopeudella pylvään pintanopeutena ilmaistuna. Kuvassa 5 esitetään jokaisen tankokoekappaleen keskiosan jäähdytyskäyrä. Kuten kuvasta 5 voidaan nähdä, kaasukuplavedellä sekoitettu neste (b) sai käytettäessä ilmaa hapetuskaasuna aikaan hyvin vakaan 35 jäähdytyksen halutulla nopeudella, ja kuplakiehuminen ta- 14 75 8 67 pahtui aina perliittitransformaation päätyttyä ja enintään 500°C lämpötiloissa. Sen sijaan lämpimällä vedellä suoritettu jäähdytys (a) ei antanut kovinkaan toistokelpoisia tuloksia, ja jäähdytysnopeus vaihteli 5 suuresti testiajosta toiseen. Tämä merkitsee sitä, että lämpimällä vedellä tapahtuvan jäähdytyksen aikana kupla-kiehumista voi esiintyä helposti suhteellisen korkeissa lämpötiloissa, jotka jakautuvat laajalle alueelle.

Tankojen sopivin jäähdytysnopeus tulisi määrittää 10 tarkasti yhdistämällä kokeissa 1-3 saadut huomiot. Kuten kuvassa 5 esitetään, on suotavaa, että jäähdytysnopeus voidaan ohjata 15 - 25°C/sek tangon lämpötila-alueen ollessa 900 - 650°C ja 10 - 15°C alueella 630 - 500°C perliittitransformaation päättymisen jälkeen. Jos jääh-15 dytysnopeus on alueella 900 - 650°C pienempi kuin 15°C/sek, transformaatiolämpötila on korkeammalla puolella eikä tällöin saada riittävän lujuuden omaavia tankoja. Jos jäähdytysnopeus alueella 900 - 650°C on sen sijaan suurempi kuin 25°C/sek, transformaatiolämpötila on matalammalla 20 puolella ja osaan tankorakennetta voi tulla martensiit-titransformaatio perliittitransformaation asemesta. Jos jäähdytysnopeus alueella 630 - 500°C on pienempi kuin 10° C/sek, austeniittinen faasi voi muuttua riittämättömän hienoksi perliittirakenteeksi, jolloin saadaan vähäisen 25 lujuuden omaava tanko. Tavallisesti ei synny vaikeuksia, jos jäähdytysnopeus alueella 630 - 500°C on suurempi kuin 20°C/sek, ja ainoan poikkeuksen muodostaa sellainen teräs, jossa on segregaatiota, joka aiheuttaa usein ei-tovotun martensiittirakenteen. Seostetuista teräksistä tehdyille 30 tangoille käytetään mieluimmin jokaisen edellä esitetyn jäähdytysalueen matalampaa puolta, koska seostetuilla teräksillä on parempi karkenevuus. Perliittitransformaa-tio alkaa noin 600°C:ssa ja jäähdytysnopeuden on oltava 2-3 kcal/kg.sek.

35 Jos jäähdytysnopeus on alle 2 kcal/kg . sek, trans formaatiolämpötila siirtyy korkeampaan päähän, jolloin valmiin tangon lujuus on vähäinen. Jos jäähdytysnopeus ylit- 15 75867 tää 3 kcal/kg.sek, transformaatiolämpötila siirtyy matalampaan päähän, jossa martensiittitransformaatio voi tapahtua helposti.

Koe 5 5 Tässä kokeessa tankokoekappaleet jäähdytettiin kaasukuplavedellä sekoitetulla nesteellä (b) joko käyttämällä mekaanista sekoitusta tai ilman sitä. Pylvään pinta-nopeuden ja kaasun pidätyksen välinen suhde (kaasun tilavuussuhde jäähdytysnesteessä olevaan nesteeseen) ja pyör-10 retilan likimääräinen voimakkuus esitetään kuvassa 6. Kuten kuvasta 6 voidaan nähdä, pylvään pintanopeuden vaihdellessa 3-20 cm/sek kaasun pidätys ja pyörretilan keskimääräinen voimakkuus kasvavat myös 0,1 - 0,35:een ja 3 2 5 - 7 x 10 erg/cm :iin vastaavasti. Mikäli vastaavien 15 alueiden alempiin rajoihin ei päästä, kaasukuplavedellä sekoitettu neste (b) ei pysty kokonaan saamaan aikaan sille tarkoitettua vaikutusta, toisin sanoen lisäämään tangon lujuutta. Jos ylärajat ylitetään, tapahtuu "kanavointia".

20 Koe 6

Terästankokoekappaleet jäähdytettiin kaasukuplavedellä sekoitetulla nesteellä (b) ja happikonsentraation profiili tarkistettiin jäähdytysaineen 70 - 100°C lämpötila-aluetta varten. Tulokset esitetään kuvassa 7, josta 25 voidaan nähdä, että sopiva happikonsentraatio on hapetus-kaasukuplissa 10 % tai enemmän jäähdytysaineen 75°C lämpötilalle ja 5 % enemmän 90°C lämpötilalle. Tämä suhde voidaan likimääräistää lausekkeella y > - — x + 35, jossa y on hapen konsentraatio (%) ja x ilmoittaa jäähdytysaineen 30 lämpötilan (°C).

Kun ilmaa puhalletaan lämpimään veteen, niin että voidaan valmistaa sellainen jäähdytysaine, jossa on kaasukuplavedellä sekoitettua nestettä, ilmakupliin tulee vesihöyryä, joka kyllästää mahdollisesti kuplissa olevan ti-35 lan. Tästä johtuen pylvään tehollinen pintanopeus tai 16 75867 ilmakuplien pyörretila kasvaa. Toisaalta hapen konsentraa-tio pienenee, mikä onkin edullista, jotta saadaan suurempi sekoitusvoima ja suurempi kaasun pidätys, mutta epäedullista suuremman hapetusvoiman aikaansaamiseksi. Kokeen 5 6 tuloksien mukaan jäähdytys, joka takaa tovotun, vakaan kalvokiehumisen, voidaan toteuttaa valitsemalla tietty happikonsentraatio edellä rajatulla alueella.

Koe 7

Kokeissa 1-6 esitetyt käsittelyolosuhteet riit-10 tävät käsiteltävän keksinnön päätavoitteeseen pääsemiseksi, nimittäin sellaisen terästangon valmistamiseen, jonka vetolujuus on verrattavissa lyijyhehkutetun ja -jäähdytetyn tangon vetolujuuteen. Kuitenkin, jos suurempi vals-sausviimeistelynopeus edellyttää, että tangon spiraalikie-15 rukka on kuljetettava suuremmalla nopeudella jäähdytysai-neen läpi, kierukalla on suurempi nopeus jäähdytysainee-seen nähden, ja ei-samankeskisessä tilassa laajennetun kierukan joka kierroksen asennosta riippuen liiallinen jäähdytys voi aiheuttaa tangon martensiittirakenteen. Koe 20 7 suoritettiin, jotta voitaisiin kehittää sellainen mene telmä, joka pystyy tehokkaasti estämään tämän liiallisen j äähdytysnopeuden.

Tankoa lähellä oleva jäähdytysaine virtaa kahteen pääsuuntaan, kuten kuvassa 8 tasokuvana esitetään. Kuvassa 25 9 esitetään tangon spiraalikierukka ei-samankeskisesti laajennetussa tilassaan, jolloin A kuvaa tangon sitä osaa, joka on lähellä keskivyöhykettä peräkkäisten renkaiden leveyssuunnassa, ja B kuvaa taas tangon sitä osaa, joka on lähellä reunavyöhykettä renkaiden leveyssuunnassa.

30 Nuoli C kuvaa kierukan kuljetussuuntaa. Kuva 10 esittää jäähdytysaineen virtausnopeuden vaikutusta sellaisten te-rästankokoekappaleiden vetolujuuteen, jotka on lämpökäsitelty käsiteltävän keksinnön mukaisella jäähdytysaineella. Kuten kuvassa 10 esitetään, jäähdytysaineen virtausnopeu-35 den kasvaessa tangon vetolujuus kasvaa myös ilmakuplien aiheuttamasta pyörretilasta riippumatta; toisin sanoen 17 75867 käytännössä tangon vetolujuuden lisääntymismäärä on huomattavan suuri, kun jäähdytysaine virtaa tangon akseliin (kuten kuvassa 9 kirjaimella A esitetään) nähden kohtisuoraan suuntaan, ja pieni, kun jäähdytysainevirtauksen 5 suunta on yhdensuuntainen tangon akselin kanssa (kuten kuvassa kirjaimella B esitetään). Tämä on ei-toivottu ilmiö, koska se saa aikaan sellaisen tankokierukan, jonka vetolujuus vaihtelee kierukan jokaisen kierroksen kulloisestakin asennosta riippuen. Jos jäähdytysaineen lämpö-10 tila on alhainen, tangon lujuuden vaihtelu on erittäin suuri. Sen vuoksi, jotta tankoon saataisiin kierukan koko pituudelle yhtenäisempi rakenne ja lujuus, jäähdytysaineen nopeuden spiraalikierukkaan nähden on oltava rajattu asianomaiselle alueelle kierrättämällä jäähdytysaine lämpökäsit-15 telyastiassa spiraalikierukan kuljetussuuntaan nähden samaan suuntaan.

Kuva 11 esittää jäähdytysaineen virtausprofiilia spiraalikierukan kuljetusnopeuteen nähden. On selvää, että tangon vetolujuuden poikkeama kierukan jokaisen kierroksen 20 asentoon nähden on minimaalinen sillä alueella, jossa molemmat nopeudet ovat pääasiassa yhtä suuret. Jäähdytys-aineen virtausnopeus olisi määrättävä tarkasti tangon toivotun lujuuden mukaan. Jäähdytysaineen kierrättäminen on tehokasta sekä tangon lujuuden poikkeaman määrän minimoi-25 miseksi että myös jäähdytysaineen lämpötilan pitämiseksi vakiotasolla.

Kokeissa 1-7 käytetyt käsittelyolosuhteet ja käsiteltävässä keksinnössä käytettävät olosuhteet olisi optimoitava harkitsemalla huolellisesti eri tekijöitä, 30 kuten tankoteräksen laatua, sen halkaisijaa, kierukan jokaisen kierroksen halkaisijaa, sitä nopeutta, jolla tanko syötetään, jäähdytysaineen tilavuutta, hapetuskaa-sun tyyppiä ja jäähdytysaineen sisältävän astian pituutta.

Esimerkki 1 35 Käsiteltävän keksinnön mukaisen suoran lämpökäsit telymenetelmän soveltamiseen käytettävä laite esitetään ie 75867 kaaviona kuvassa 12. Valssattu terästanko 1, joka tulee kitkarullista, ohjataan suuntauspään 3 läpi etukäteen määrätyn kierukkahalkaisijän käsittävän spiraalikierukan 4 muodostamiseksi. Kierukka, joka koostuu peräkkäisistä 5 ei-samankeskisistä renkaista, joutuu esijäähdytykseen, kun sitä kuljetetaan kuljettimella 5. Tämän, etukäteen määrätyn pituisen ajan kuluessa tapahtuvan esijäähdytyksen aikana kierukan 4 jokaisen kierroksen pinta hapetetaan ilmakehässä.

10 Esijäähdytyksen jälkeen kierukka 4 siirretään vaa kasuoralle kuljettimelle, joka on lämpökäsittelyastiassa 6, ja kuljetetaan vaakasuorassa suunnassa vaakasuoraan laajennetussa muodossaan. Astia 6 on täytetty jäähdytys-aineella 8, johon kuljettimella 7 oleva kierukka upote-15 taan etukäteen määrätyksi ajaksi. Jäähdytysaine 8 on kaa-sukuplavedellä sekoitettua nestettä, jota hämmennetään voimakkaasti ja joka sisältää tietyn yhtenäisen dispersion lämpimässä vedessä, jossa on keskikooltaan noin 1 mm suuruisia hapettavia kaasukuplia 11. Jäähdytysaine pidetään 20 etukäteen määrätyssä lämpötilassa, joka ei ole 95°C korkeampi. Hapettavat kaasukuplat 11 koostuvat tyypillisesti hapesta tai jostain happea sisältävästä kaasusta, kuten happipitoisesta ilmasta tai ilmakehän ilmasta ja vesihöyrystä ja joskus typestä ja vesihöyrystä.

25 Kaasukuplavedellä sekoitetun nesteen valmistami seksi, jolloin hapetettavat kuplat 11, joiden halkaisija on noin 1 mm, dispergoidaan yhtenäisesti lämpimään veteen, kuviossa 12 esitetty laite varustetaan kaasunsyöt-töjärjestelmällä 10, jonka läpi suuri määrä ilmaa puhal-30 letaan lämpimään veteen alhaalta ilmakuplien muodostamiseksi. Laite on myös varustettu kuplansärkijöillä. Ne ovat tyypillisesti pyöriviä puhaltimia 9, jotka särkevät ilmakuplat pieniksi segmenteiksi, joiden halkaisija on on noin 1 mm, ja hajottavat myös kuplat tasaisesti läm-35 pimään veteen. Puhaltimet voidaan korvata revitetyillä, 19 75867 pyörivillä levyillä. Kaasunsyöttöjärjestelraä 10 voidaan suunnitella niin, että kaasu puhalletaan lämpimään veteen joko ylhäältä tai sivulta. Haluttaessa voidaan kaasukup-lavedellä sekoitettu neste, jolla on yhtenäinen dispersio 5 hapettavia kuplia lämpimässä vedessä, valmistaa astian 6 ulkopuolella ja syöttää sitten astiaan ylhäältä, sivulta tai pohjasta.

Lämpökäsittelyastiassa 6 olevaa jäähdytysalnetta 8 sekoitetaan voimakkaasti useilla sekoittimilla 19.

10 Tästä johtuen kierukkaan 4 suunnataan haluttu ohjattu jäähdytys jäähdytysaineella, joka koostuu voimakkaasti hämmennetystä, kaasukuplavedellä sekoitetusta nesteestä. Sekoittimet 19 voidaan korvata pyörivillä puhaltimilla 9, joilla on tietty sekoituskyky.

15 Vaakasuunnassa laajennetun kierukan 4 kierrokset limittyvät toisiinsa tiiviimmin osassa B (kts. kuvio 9) kuin keskiosassa (A kuviossa 9). Sen vuoksi yhtenäisen jäähdytysnopeuden takaamiseksi kierukan jokaisen kierroksen osaan B kohdistetaan voimakkaampi jäähdytys kuin 20 osaan A. Tämä voidaan saada aikaan esimerkiksi järjestämällä osaa B varten voimakkaampi sekoitus.

Kuvion 12 mukainen laite on myös varustettu jääh-dytysaineen kierrätysjärjestelmällä, joka vähentää spi-raalikierukan suhteellista nopeutta, panemalla jäähdy-25 tysaine virtaamaan kierukan kuljetussuunnan kanssa samaan suuntaan. Tämä järjestelmä käsittää etukäteen määrätyssä lämpötilassa olleella lämpimällä vedellä 13 täytetyn astian 14, syöttöputken 12 ja pumpun 16. Tämä järjestelmä voidaan lisäksi varustaa lämmönvaihtimella 15, joka 30 on sijoitettu sivuputkeen, jäähdytysaineen lämpötilan pitämiseksi etukäteen määrätyllä tasolla.

Kierukka 4, johon on kohdistettu ohjattu jäähdytys etukäteen määrätyn pituisen ajan, otetaan pois jääh-dytysaineesta 8 kaltevalla kuljettimella 17 ja kootaan 35 keruulaiteeseen 18.

20 75867

Esimerkki 2

Kuumavalssatut terästankokoekappaleet (JIS: SWRH 82B, 11 mm 0, paino 300 kg), jotka sisälsivät 0,82 % C, 0,72 % Mn ja 0,22 % Si, pantiin suoraan lämpökäsittelyyn 5 käsiteltävän keksinnön edellyttämän menetelmän mukaisesti käyttämällä kuvassa 12 esitettyä tyyppiä olevaa laitetta. Valssausnopeus oli 9 m/sek ja koekappaleiden lämpötila valssattuina 920°C. 850°C:een suoritetun esijäähdytyksen jälkeen, joka tapahtui suuttimista suihkutetulla suurpaine-10 vedellä, koekappaleet muotoiltiin spiraalikierukoiksi, joiden rengashalkaisija oli 1 050 mm. Tällöin käytettiin kahta erityyppistä 82°C lämpötilassa olevaa jäähdytys-ainetta: toinen oli kaasukuplavedellä sekoitettu neste, joka oli valmistettu aivan yksinkertaisesti puhaltamalla 15 ilmaa lämpimään veteen, ja toinen oli kaasukuplavedellä sekoitettu neste, jossa ilmakuplat oli rikottu pieniksi segmenteiksi. Kummassakin tapauksessa ilmaa puhallettiin 10 cm/sek nopeudella pylvään pintanopeutena ilmaistuna ja kummassakin sekoitetussa nesteessä oli noin 0,2:n suu-20 ruinen kaasun pidätys. Kuljettimen 7 kulkunopeus astian läpi oli 0,4 m/sek. Jäähdytysaine pantiin virtaamaan noin 0,4 m/sek nopeudella spiraalikierukoiden kuljetussuunnas-sa.

Ilmakehässä tapahtuneen hapetuksen jälkeen, joka 25 kesti noin 10 sekuntia, spiraalikierukat upotettiin astiaan 6 noin 25 sekunniksi ja poistettiin astiasta keruu-laitteeseen 18 koottavaksi.

Vertailun vuoksi kuumavalssatut tankokoekappaleet, joilla oli edellä esitettyjä vastaavat spesifikaatiot, 30 lämpökäsiteltiin tavanomaisella suoralla menetelmällä, jolloin ne upotettiin 98°C:ssa pidettyyn lämpimään veteen.

Näin saadun kierukan vetolujuus tarkistettiin yhtäjaksoisella näytteenotolla viidessä pisteessä, jotka käsittivät kierukan molemmat päätepisteet ja jotka oli sijoi-35 tettu niin, että kierukka jakautui tällöin neljään samanlaiseen osaan. Jokaisen kierukkakoekappaleen vetolujuu- 21 75867 den histogrammi esitetään kuvassa 13, josta voidaan nähdä, että puheena olevan keksinnön mukaan käsiteltyjen tankokoekappaleiden keskimääräinen vetolujuus oli 2 126 kg/mm , ja että vetolujuusarvojen jakautuminen oli 5 erittäin tasainen. Erittäin hyviin tuloksiin päästiin käyttämällä hienoksi jaettuja ilmakuplia. Kuitenkin tavanomaisella lämpökäsittelymenetelmällä käsiteltyjen näytteiden vetolujuus oli vain lämmintä vettä käytettäes- 2 sä keskimäärin noin 11 kg/mm pienempi.

10 Esimerkki 3

Kuvio 14 esittää kaaviona toista käsiteltävän keksinnön soveltamiseen käytettävää laitetta. Spiraali-kierukka 4 laajennetaan pystysuoraan alaspäin riippuvassa muodossaan ja sitä kuljetetaan pääasiassa vaakasuorassa 15 suunnassa tietyssä jäähdytysaineessa. Koska spiraalikie-rukka 4 on ripustettu koukkukuljettimen 20 koukkuun, se voidaan jäähdyttää tasaisesti, sillä kierukan kierrokset eivät peitä toisiaan.

Kuten kuviossa 14 esitetään, jäähdytysaine 8 kier-20 rätetään yhdensuuntaisesti kierukan kuljetussuuntaan nähden. On kuitenkin mahdollista, että jäähdytysaine kierrätetään vastakkaiseen suuntaan, tai ettei sitä kierrätetä lainkaan. Lisäksi voidaan käyttää koukkukuljettimen ja vaakasuoran kuljettimen yhdistelmää.

25 Liuosta tai suspensiota, joka sisältää tietyn pinta-aktiivisen aineen, voidaan käyttää lämpimän veden tilalla, ja se muuttaa lämmönsiirtokertoimen jäähdytyksen aikana. Esimerkiksi, jos pinta-aktiivisena aineena käytetään lämpimässä vedessä polyvinyylialkoholia, kuplien 30 dispersio on yhtenäisempi, ja kaasun pidätys lisääntyy tasaisesti saaden aikaan vakaan kalvokiehumisen.

Käsiteltävän keksinnön mukaisella terästankojen suoralla lämpökäsittelymenetelmällä on seuraavat edut: 1) Menetelmä suorittaa ohjattua jäähdytystä siir-35 tämällä terästankospiraalikierukan astian läpi, jossa on voimakkaassa pyörretilassa kaasukuplavedellä sekoitetun 22 7 5 8 6 7 nesteen käsittävä jäähdytysaine, joka pidetään etukäteen määrätyssä lämpötilassa, joka ei ylitä 95°C ja joka sisältää yhtenäisen dispersion hapettavia kaasukuplia. Tanko jäähdytetään hapettavalla kaasukuplavedellä sekoi-5 tetulla nesteellä tietyn oksidikalvon muodostuessa tangon pintaan, kun se on vapaasti ilman vaikutuksen alaisena, tai kun se on jätetty jäähtymään vapaasti ilmaan välittömästi kuumavalssauksen jälkeen, tai kun se hapetetaan jäähdytysaineessa olevilla kuplilla. Sen vuoksi 10 toivottuun jäähdytysnopeuteen voidaan päästä tulosten pysyessä yhdenmukaisina eikä kuplakiehumista esiinny silloinkaan, kun alijäähdytettyä, kiehuvaa vettä käytetään jäähdytysaineen eräänä osana. Lisäksi jäähdytys-aine pannaan virtaamaan sopivalla nopeudella spiraali-15 kierukan kuljetussuuntaan nähden samaan suuntaan, mikä eliminoi ne jäähdytysolosuhteiden vaihtelut, joita saattaa muuten esiintyä kierukassa kierukan ja jäähdytysaineen välisen nopeuseron vuoksi. Näistä syistä johtuen käsiteltävän keksinnön mukaisella menetelmällä pysty-20 tään valmistamaan sellainen vedettävyyden omaava terästanko, jonka vetolujuus on verrattavissa lyihyheh-kutetun ja -jäähdytetyn tangon vetolujuuteen ja jonka vetolujuuden vaihtelu on pieni.

2) Sellaisen kaasukuplavedellä sekoitetun nes-25 teen valmistamista varten, joka sisältää yhtenäisen dispersion hapettavia kaasukuplia, syötetään suuri määrä kaasua, jota ei ole kyllästetty vesihöyryllä, lämpimään veteen. Tämä saa aikaan sen, että suuri määrä vesihöyryä siirtyy kaasukupliin vasta sitten, kun tasapainoi-30 nen höyryn paine on saavutettu, ja tästä johtuen suuri määrä lämpöä poistuu jäähdytysaineesta sen lämpötilan alentamiseksi. Toisin sanoen jäähdytysaineella on tietty itsejäähdytysominaisuus, jota voidaan käyttää tehok-kasti sen lämpötilan ohjaamiseksi. Näin saadaan talou-35 dellinen rakenne jäähdytysaineen lämpötilan pitämiseksi 23 7 5 8 6 7 halutulla tasolla. Jäähdytysaineen itsejäähdytyskyky voidaan määrittää helposti laskemalla tangon syöttömäärän (tonnia/h) suhde jäähdytysaineen lämpötilaan nähden.

Lisäksi, jos jäähdytysaineeseen syötetty kaasu 5 esikuumennetaan ja sen lämpötilaa nostetaan kaasun höyryn paineen muuttamiseksi, itsejäähdytyskykyä voidaan muuttaa.

Claims (12)

24 7 5 8 6 7

1. Menetelmä keski- tai runsashiilisen terästangon suoraa lämpökäsittelyä varten, jossa menetelmässä auste- 5 niittisen rakenteen omaavalle kuumavalssatulle teräs-tangolle järjestetään ohjattu jäähdytys kuljettamalla kuumavalssatusta terästangosta aikaansaatua laajennettua spiraalikierukkaa jatkuvatoimisesti ja yleensä vaakasuorassa astian (6) läpi, jossa astiassa on jäähdytys- 10 ainetta, johon syötetään kaasukuplia, tunnettu siitä, että jäähdytysaine saatetaan voimakkaaseen pyörretilaan ja siihen syötetään kaasukuplavettä siten, että se sisältää yhtenäisen dispersion hapettavia hienoja kaasukuplia, ja jäähdytysaineen lämpötila säädetään 15 arvoon, joka on enintään 95°C, jolloin kierukalle saadaan yhtenäiset jäähdytysolosuhteet sen koko pituudella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysaine pannaan virtaamaan etukäteen määrätyllä nopeudella siihen suuntaan, 20 johon mainittu kierukkakin liikkuu mainitussa astiassa, jolloin kierukalle saadaan sen koko pituudella yhtenäiset jäähdytysolosuhteet.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapettavien kaasukuplien 25 halkaisija on noin 1 mm.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapettavat kaasukuplat sisältävät vesihöyryä ja ainakin joko happea, happi-pitoista ilmaa tai ilmakehän ilmaa, ja että kuplien 30 happikonsentraatio esitetään lausekkeella y = x + 35, jossa x on jäähdytysaineen lämpötila (°C). 25 7 5 8 6 7

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapettavat kaasu-kuplat käsittävät vesihöyryä ja jonkin inertin kaasun.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mene-5 telmä, tunnettu siitä, että mainitulla kaasukup- lavedellä sekoitetulla nesteellä on 0,1-0,35 suuruinen kaasun pidätys ja 3-20 cm/sek pintanopeus pylväässä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasukuplavedellä 10 sekoitetun nesteen vesi käsittää tietyn liuoksen tai suspension, jossa on tietty aineosa mainitun veden läm-mönsiirtokertoimen muuttamiseksi.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu sitiä, että kaasukuplien kaa- 15 su esikuumennetaan.

9. Suoraan lämpökäsittelyyn tarkoitettu laite keski-tai runsashiilistä terästankoa (1) varten, tunnettu siitä, että siinä on suuntauspää (3) spiraalikierukan (4) muodostami-20 seksi valssatusta suurlämpötilatangosta, lämpökäsittelyastia (6) jäähdytettävän tangon varastoimiseksi mainitun astian ollessa täytetty kaasukuplavedellä sekoitetulla nesteellä, ainakin yksi laite (17) spiraalitangon upottami-25 seksi astiaan, sen kuljettamiseksi ja laajentamiseksi sekä poistamiseksi siitä, sekoituslaite (19) astiassa olevan jäähdytys-aineen sekoittamiseksi ja laite (12,14,16) kaasu-vesisekoitteisen nesteen 30 saattamiseksi nestemäiseen tilaan ja kierrättämiseksi yhdensuuntaisesti tangon kuljetussuuntaan nähden.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu sitiä, että se käsittää kaasunpuhallus-laitteen (10) kaasun puhaltamiseksi astiaan ja kaasu- 35 kuplien särkemislaitteen (9), joka on sijoitettu mai- 26 75867 nitun kaasunpuhalluslaitteen ja mainitun, astiassa olevan tangon väliin.

11. Patenttivaatimuksen 9 ja 10 mukainen laite, lisäksi tunnettu siitä, että se käsittää lait- 5 teen, joka ohjaa tietyn kaasun tai vesihöyryn sisältävän kaasun määrää ja niiden sekoitussuhdetta ohjatun kaasun puhaltamiseksi astiaan.

12. Patenttivaatimuksen 9 ja 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi lait- 10 teen lämpimän veden jäähdyttämiseksi ja kuumentamiseksi valinnan mukaan kaasukuplavedellä sekoitetun nesteen lämpötilan ohjaamista ja tangon jäähdyttämistä varten. 27 7 5 8 6 7