JP2020514540A - 無鉛パテンティングプロセスおよび設備 - Google Patents

Abstract

２．８ｍｍより大きい直径の１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤの所定の温度範囲への制御冷却の方法は、以下のステップ：− 水と安定化添加物とを含む浴液を含む１つまたは複数の第１の冷媒槽を通る１つまたは複数の個別の経路に沿って１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを案内するステップ。浴液および複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤは、各個別の経路に沿った各スチールワイヤ自体の周りに蒸気膜を作成する、− １つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを冷却するために、１つまたは複数の個別の経路に沿った特定の長さＬにわたり、１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤに向かって、１つまたは複数の第１の冷媒槽の内部に浸入した衝突液体を向けるステップであって、衝突液体は、蒸気膜の厚さを減少させるかまたは蒸気膜を不安定化させ、それにより１つまたは複数の個別の経路に沿った長さＬにわたる冷却の速度を増加させる、ステップ、− 空気中でさらに冷却されるように、１つまたは複数の第１の冷媒槽から１つまたは複数の個別の経路に沿って１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを案内するステップ、− 空気中でのさらなる冷却後、１つまたは複数の第２の冷媒槽を通る１つまたは複数の個別の経路に沿って１つまたは複数の予め加熱された略直線状のスチールワイヤを案内するステップを含む。本方法において、１つまたは複数の略直線状のスチールワイヤは、オーステナイトからパーライトへの冷却変態を受ける。

Description

本発明は、スチールワイヤの無鉛パテンティングのための方法および設備に関する。

スチールワイヤの熱処理は、通常、製造プロセスにおいて重要な役割を果たす。ワイヤ製作における第１のステップは、ワイヤロッドを望ましい中間直径に引き抜くことから開始される。この加工硬化の段階において、引き抜かれたワイヤは、さらなる塑性変形を可能にするためにパテンティングプロセスによってパーライトに熱処理される。その後、パテンティングされたスチールワイヤは、より細い寸法である第２の中間寸法または最終直径のいずれかに引き抜かれる。パテンティングは、炭素スチールワイヤをオーステナイト相まで、一般に８００℃を超えるまで加熱することと、その後、オーステナイトの略等温分解が完了するのに十分な期間保持される選択された温度にワイヤを冷却することとを含む。温度は、通常、５００℃〜６８０℃の範囲であり、一般に、微細パーライト組織を提供することを意図する。

熱間圧延によってインゴットまたはビレットから作られるスチールワイヤロッドは、制御冷却を受けた後、圧延状態で実使用に適用される。熱間圧延された直後に高炭素ロッドを冷却して優れた冷間加工性を有するように、英国特許第１２７６７３８号明細書は、高炭素ロッドを温水槽に浸すことを記載した。この文献で開示されている、５．５ｍｍ〜６．５ｍｍのワイヤロッド直径を有するスチールワイヤロッドを熱処理する方法は、６００℃〜１１００℃の温度に維持されたワイヤロッドを、界面活性剤を含有する温水槽に浸すことを含む。水は、４５℃より高い温度で保持され、したがってワイヤロッド表面上で均一に蒸気膜が生成され、それによりワイヤロッドの冷却速度を制御する。この熱処理方法の要点は、ワイヤロッド表面上で均一に蒸気膜を生成させて、パーライト変態が終了するまでのある期間にわたってこの状態を維持することである。このような方法は、水平コンベヤ上のうず巻コイルで搬送される高温圧延ロッドの直接冷却で使用されるときにさまざまな利点を有する。この方法は、他の直径を有するワイヤの処理のためにあまり適さないかまたは信頼できないとみなされる。

国際公開第２００７／０２３６９６号パンフレットは、１１．０ｍｍより大きい直径を有するルーズコイル状の圧延ワイヤロッドの直接熱処理方法に関する。コイル状の圧延ワイヤロッドは、冷媒に浸漬するかまたは冷媒流れにさらすことによって冷却される。

１．５〜５．０ｍｍで変えることができる望ましい中間直径を有する引き抜かれたワイヤの熱処理について、欧州特許第０２１６４３４号明細書は、オーステナイト温度まで予め加熱されたスチールワイヤの制御冷却の別の方法を開示している。ワイヤは、少なくとも８０℃の略純水を含有する冷媒槽を通して連続的に搬送され、マルテンサイト化またはベイナイト化させることなくパーライトに冷却をもたらすために槽に浸漬される。ワイヤは、略純水の連続的な非乱流にワイヤを接触させることにより、その全浸漬長さに沿って均一かつ安定した膜沸騰冷却にさらされる。水パテンティングされたワイヤは、優れた引抜性記録を有する十分に均一なパーライト微細構造を特徴とする。

欧州特許出願公開第０５２４６８９Ａ１号明細書は、２．８ｍｍより小さい直径を有する少なくとも１本のスチールワイヤをパテンティングするプロセスを開示している。冷却は、１つまたは複数の水冷期間中の水中における、および１つまたは複数の空冷期間中の空気中における膜沸騰によって交互に行われる。水冷期間は、空冷期間の直後に続き、その逆も同じである。水中での冷却速度が速い一方、空気中での冷却速度が非常に遅い。水中での冷却速度の速さは、２．８ｍｍより小さい直径を有するワイヤに深刻な危険をもたらす。水中冷却セクション間の空気中での冷却は、スチールワイヤの冷却を減速させるために実行される。水冷期間の数、空冷期間の数および各水冷期間の長さは、マルテンサイトまたはベイナイトの形成を回避するように選択される。

「Ｆｏｒｃｅｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｃｋ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅｓ」という名称の国際公開第２０１４／１１８０８９Ａ１号パンフレットは、５ｍｍより大きい直径を有する直線状のスチールワイヤに対する強制冷却プロセスを開示している。冷媒槽の内部に浸入した衝突液体は、加熱されたスチールワイヤの冷却速度を加速するためにスチールワイヤに向けられる。冷媒槽のこの「強制」冷却帯の後に、乱されていない（これは、ワイヤの周りの沸騰膜上に衝突液体がないことを意味する）沸騰膜がワイヤをさらに冷却する冷却帯が続く。

パテンティングプロセス、すなわち冷却または変態ステップは、非常に重要であり、上記の多くの従来の試みは、オーステナイト化されたスチールワイヤのパーライトへの冷却変態に影響を与える目的のために行われた。しかしながら、結果として得られたスチールワイヤは、一貫性のない引抜性などの特性のばらつきおよび多数の好ましくない金属構造のための往々にして予想外の脆性挙動をさらに示すことがある。パテンティングされたワイヤの厳密な金属組織は、後続の伸線中のワイヤ破断の有無を決定するだけでなく、その最終直径でのワイヤの機械的特性もおおむね決定する。変態状態は、マルテンサイトまたはベイナイトがスチールワイヤ表面上の非常に局所的な点でも回避されるようでなければならない。他方では、パテンティングされたスチールワイヤの金属組織は、あまり軟らかすぎてはならず、すなわち、それは、あまりにも粗いパーライト組織またはあまりにも多いフェライトの量を示してはならず、なぜなら、そのような金属組織がスチールワイヤの望ましい極限引張強さを決してもたらさないためである。金属組織およびスチールワイヤの引張強さを適切に制御することができる、信頼性が高く費用効果が優れているパテンティングプロセスは、スチールワイヤ、特により大きい直径のスチールワイヤのためにさらに必要とされている。

本発明の目的は、経時的により安定である、２．８ｍｍより大きい直径を有するスチールワイヤをパテンティングするためのプロセスを提供することである。適切な金属微細構造、すなわちマルテンサイトまたはベイナイト点のない微細パーライト組織を有する、２．８ｍｍより大きい直径のパテンティングされたスチールワイヤを得ることが本発明の別の目的である。異なる直径および鋼組成を有する複数のスチールワイヤの微細構造および引張特性を微調整するのに好適であるプロセスを提供することが本発明のさらに別の目的である。

本発明の第１の態様は、１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤの所定の温度範囲への制御冷却の方法である。予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤは、２．８ｍｍより大きい直径を有する。その方法は、以下のステップを含む。
ａ）１つまたは複数の第１の冷媒槽を通る１つまたは複数の個別の経路に沿って１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを案内するステップ。１つまたは複数の第１の冷媒槽は、浴液を含む。浴液は、水と安定化添加物とを含む。好ましくは、浴液は、８０℃より高い温度を有する。浴液および複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤは、各個別の経路に沿った各スチールワイヤ自体の周りに蒸気膜を作成する。
ｂ）１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを冷却するために、１つまたは複数の個別の経路に沿った特定の長さＬにわたり、１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤに向かって、１つまたは複数の第１の冷媒槽の内部に浸入した衝突液体を向けるステップ。衝突液体は、蒸気膜の厚さを減少させるかまたは蒸気膜を不安定化させ、それにより１つまたは複数の個別の経路に沿った長さＬにわたる冷却の速度を増加させる。
ｃ）空気中でさらに冷却されるように、１つまたは複数の第１の冷媒槽から１つまたは複数の個別の経路に沿って１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを案内するステップ。
ｄ）空気中でのさらなる冷却後、１つまたは複数の第２の冷媒槽を通る１つまたは複数の個別の経路に沿って１つまたは複数の予め加熱された略直線状のスチールワイヤを案内するステップ。
本方法において、１つまたは複数の略直線状のスチールワイヤは、オーステナイトからパーライトへの冷却変態を受ける。

２．８ｍｍより大きい直径を有するスチールワイヤは、パテンティングにおいて最初に急速冷却する必要がある。そのような急速冷却は、第１の冷媒槽での強制冷却により、本発明の方法において実行される。国際公開第２０１４／１１８０８９Ａ１号パンフレットのように、強制冷却は、予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤに向かって、冷媒槽の内部に浸入した衝突液体を向けることによって実現される。衝突液体は、蒸気膜の厚さを減少させるかまたは蒸気膜を不安定化させ、それにより冷却の速度を増加させる。国際公開第２０１４／１１８０８９Ａ１号パンフレットのように、本発明の方法は、スチールワイヤの周りの乱されていない蒸気膜によるスチールワイヤのさらなるより遅い冷却を含む（かつ必要とする）。これは、非強制冷却と呼ぶことができ、ワイヤは、液体を通り抜ける。本発明の方法において、（強制冷却がスチールワイヤに適用される）第１の冷媒槽と、（ワイヤの冷却がスチールワイヤの周りの乱されていない蒸気膜により、したがって非強制冷却により実行される）第２の冷媒槽との間でスチールワイヤが空気を通り抜ける。本発明の方法における空隙により、強制冷却で作成される乱流は、国際公開第２０１４／１１８０８９Ａ１号パンフレットと異なり、非強制冷却（これは、ワイヤの周りの蒸気膜が乱されない液体での冷却である）に影響を与えない。国際公開第２０１４／１１８０８９Ａ１号パンフレットにおいて、冷媒槽の乱流は、意図せずに、非強制冷却帯において管理されていない方法で蒸気膜に影響を与える。パーライトへの変態過程中、恒温変態が好ましく、なぜなら、冷却の速度が正確である必要があるためである。非強制冷却帯においてスチールワイヤの周りの蒸気膜が管理されていない方法で影響を受けるとき、それは、冷却の速度が変わることを意味する。したがって、冷却の状態は、第２の冷却帯で安定せず、パテンティングされたワイヤの品質は、経時的に一定でなく、許容できない可能性もある。したがって、本発明の方法は、２．８ｍｍより大きい直径のために、オーステナイトからパーライトへのスチールワイヤのより信頼性が高くかつより安定した変態が得られるという利益を有する。

本発明は、第１の冷媒槽の強制冷却による急速初期冷却と、第２の液体冷媒槽での乱流を防ぐ空隙の提供による安定した変態過程とに焦点を当てている。欧州特許出願公開第０５２４６８９Ａ１号明細書も膜沸騰による２つのセクション間の空冷を提供しているが、空冷の理由が全く異なる。なぜなら、欧州特許出願公開第０５２４６８９Ａ１号明細書の空冷は、冷却の速度を低下させるために提供され、他の場合、スチールワイヤは、パーライトの代わりにマルテンサイトに連続的に変態するであろうからである。

本発明において、制御冷却方法は、１つまたは複数の略直線のスチールワイヤに関する。これらのスチールワイヤは、個別の経路に沿って第１の冷媒槽を通過する。換言すれば、第１の冷媒槽の経路は、略直線状である。したがって、各スチールワイヤの経路は、十分に画定されている。通常、第１の冷媒槽は、長方形の形状を有し得、スチールワイヤの経路は、長方形の形状である第１の冷媒槽の一辺と略平行である。これは、スチールワイヤ上の蒸気膜に向かって、第１の冷媒槽の内部に浸入した衝突液体を向けることを可能にする。例えば、衝突液体は、スチールワイヤ（または蒸気膜）に向かって個別の経路に沿ってスチールワイヤの下から到来し得る。したがって、蒸気膜が不安定化され得るか、または蒸気膜の厚さが減少する。

本発明によると、１つまたは複数の予め加熱されたスチールワイヤは、オーステナイトからパーライトへの制御冷却変態処理を受ける。１つまたは複数のスチールワイヤは、オーステナイト化温度より高く予め加熱され、かつオーステナイトからパーライトへの変態を可能とするために好ましくは４００℃〜６５０℃の所定の温度範囲、より好ましくは約５８０℃の温度に冷却される。

１つまたは複数の第１の冷媒槽は、浴液を含む。浴液は、水と安定化添加物とを含む。安定化添加物は、スチールワイヤの周りの気体／蒸気膜の安定性を向上させるために提供される。安定化添加物は、石鹸などの界面活性剤、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールなどの安定化ポリマーおよび／またはアルカリポリアクリレートもしくはポリアクリル酸ナトリウムなどのポリマー焼入剤を含み得る。添加剤は、スチールワイヤの周りで気体膜の厚さおよび安定性を増加させるのに使用される。

好ましくは、第１の冷媒槽の浴液の温度は、８０℃〜１００℃に設定される。第１の冷媒槽の浴液の温度は、好ましくは、８０℃より高い、例えば８５℃、最も好ましくは９０℃より高い、例えば約９５℃である。水温が高いほど、スチールワイヤの周りの気体膜の安定性がより高くなる。

好ましくは、衝突液体は、第１の冷媒槽の浴液と同じ化学組成を有する。

好ましくは、第２の冷媒槽の浴液の組成は、第１の冷媒槽の浴液の組成と同じである。より好ましくは、第１の冷媒槽および第２の冷媒槽の浴液は、循環ポンプによって連続的に循環され、共通の中間貯蔵容器は、第１の冷媒槽および第２の冷媒槽から出て、かつ第１の冷媒槽および第２の冷媒槽に再循環される浴液のために使用される。このように、第１の冷媒槽および第２の冷媒槽の浴液の組成の均質性が改善され、結果としてより安定した冷却システムになる。

好ましくは、衝突液体の強度は、各個別のスチールワイヤまたは複数のスチールワイヤのサブセットのために個々に設定および／もしくは制御され得、または設定および／もしくは制御される。衝突液体の強度を設定および／または制御することにより、スチールワイヤの周りの蒸気膜を乱す強度が変更され、それによりスチールワイヤの冷却の速度を変更する。このように、パラメータは、各ワイヤを最適に冷却および変態するように設定することができ、変態過程の信頼性も改善する。衝突液体の強度は、例えば、衝突液体を発生させる噴流に向けた流量制御によって制御することができる。このために、適切な流れ制御システムを使用することができる。本発明において、好ましくは、冷却速度は、噴流の前の圧力によって冷媒流れを調節することによって調整される。より好ましくは、各スチールワイヤの冷却速度は、異なる冷却スキームおよび望ましい引張強さが異なるワイヤに対して実現できるように別々の制御アクチュエータによって個々に制御される。

本発明によると、個別のスチールワイヤの冷却は、オーステナイトからパーライトへの変態が生じる位置を変えることができるように良好に制御され得る。冷却スキームを調整することにより、例えば第１の冷媒槽において衝突液体を提供する衝突噴流への流量を選択することにより、個別のスチールワイヤの変態を第１の冷媒槽、第１の冷媒槽と第２の冷媒槽との間の空隙領域または第２の冷媒槽において生じさせることができる。異なる直径および鋼組成を有するスチールワイヤの引張強さは、これによって微調整され得る。

好ましい方法において、オーステナイトからパーライトへの冷却変態は、予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤが第１の冷媒槽と第２の冷媒槽との間の空気中で冷却されるときに実質的に始まる。

衝突液体の流量は、好ましくは、蒸気膜の望ましい不安定化または蒸気膜の厚さの減少をもたらすために慎重に最適化する必要がある。多くの冷却またはパテンティング施設の場合のように冷水および衝突液体で分離されたシステムを使用する代わりに、好ましくは、本発明によると、衝突液体および第１の冷媒槽の液体の化学組成は、同じである。これは、２つの大きい利点をもたらす。一方は、非常に低い設備費（同じタンクおよび冷却液の使用）である。他方は、ワイヤのコアと表面との間の温度勾配を減少させることであり（冷水との直接接触ではなく、より安定した蒸気膜が得られる）、より均一なパテンティングされた組織に寄与する。

好ましい実施形態において、１つもしくは複数の第１の冷媒槽および／または１つもしくは複数の第２の冷媒槽の長さは、調整可能である。このように、パテンティングされたスチールワイヤの微細構造を最適化および安定化するために、さらなる微調整能力が本発明の方法に提供される。

好ましい実施形態において、スチールワイヤの周りの蒸気膜が衝突流体によって影響を受けるスチールワイヤの全長に沿った第１の冷媒槽のスチールワイヤを分離する仕切壁が設けられ、それにより、第１のスチールワイヤ上の衝突流体は、第２のスチールワイヤの周りの蒸気膜に影響を与えない。それは、衝突液体の強度が、隣接するスチールワイヤからの衝突液体の強度によって影響を受けることなく、個別のスチールワイヤのために設定され得ることも意味する。このような実施形態は、特に異なる直径および／または異なる合金のスチールワイヤが同時にパテンティングされるとき、品質のさらなる相乗的改善およびスチールワイヤのパテンティングの安定性を提供する。

好ましい実施形態において、各個別の経路に沿った長さＬにわたる冷却の速度は、衝突液体の流量によって制御される。

好ましい実施形態において、第１の冷媒槽は、固定された長さを有する。

好ましくは、衝突液体は、各個別の経路に沿った予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤ自体のそれぞれの下に浸入するか、または衝突液体は、その個別の経路に沿った複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤのいくつかの下に部分的に浸入する。

好ましくは、第１の冷媒槽は、越流式である。より好ましくは、衝突液体は、各個別の経路に沿ったスチールワイヤ自体の下の、冷媒槽の内部に浸された穴からの複数の噴流によって提供される。スチールワイヤの下に噴流を有する利点は、噴流によって妨げられることなく、スチールワイヤに簡単に到達しかつそれを配置できることである。

浸された穴からの複数の噴流は、好ましくは、蒸気膜に向かって直線的に、例えば蒸気膜上に効果的な衝撃をもたらすように、すなわち蒸気膜を不安定化するかまたは蒸気膜の厚さを減少させ、さらにスチールワイヤの冷却速度を増加させるように１つまたは複数のワイヤに垂直に向けられるように適合される。

好ましくは、衝突液体は、流量制御システムにより、例えば、ポンプを使用して連続的に再循環および制御される。より好ましくは、１つまたは複数のセンサは、スチールワイヤの１つまたは２つ以上の磁気応答を測定し、および閉ループにおいて適応し、第１の冷媒槽における衝突液体を制御するためのフィードバックを提供するために設けられる。これは、国際公開第２０１４／１１８０８９Ａ１号パンフレットで開示されているような可変強制冷却長さを使用する概念では、不可能でないとしても極めて困難であろう。

本発明による制御冷却を受けるスチールワイヤは、２．８ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有することができる。例えば、スチールワイヤの直径は、３．５ｍｍ〜２０ｍｍまたは６．５ｍｍ〜１３．５ｍｍの範囲である。

本発明の第２の態様は、１つまたは複数の予め加熱されたスチールワイヤの所定の温度範囲への制御冷却のための設備である。本設備は、以下を含む。
ａ）第１の冷媒槽。第１の冷媒槽は、水と安定化添加物、例えば安定化ポリマーとを含む浴液を含有するために設けられる。好ましくは、浴液温度を調整する、より好ましくは８０℃より高い温度に調整するための手段が提供される、
ｂ）個別の経路に沿った各スチールワイヤに向かって衝突液体を噴出するように適合されている、第１の冷媒槽の内部に浸された１つまたは複数の衝突液体生成器、
ｃ）第２の冷媒槽。第２の冷媒槽は、水と安定化添加物、例えば安定化ポリマーとを含む浴液を含有するために設けられる。好ましくは、浴液温度を調整する、より好ましくは８０℃より高い温度に調整するための手段が提供される。第２の冷媒槽は、第１の冷媒槽からその間の空隙によって分離される。好ましくは、空隙は、０．１〜２ｍの長さを有する、
ｄ）個別の経路に沿って、その後、第１の冷媒槽、空隙および第２の冷媒槽を通して、１つまたは複数の予め加熱されたスチールワイヤを連続的に案内するための案内手段。
好ましくは、設備は、本発明の第１の態様の任意の実施形態のような方法を実施するために設けられる。

本発明による設備は、低い投資コストおよび低い運転コストという利点を有する。従来の水空気パテンティング設備を本発明による強制水冷設備に適応させることは、非常に容易である。本発明による設備は、それぞれ同じ直径を有する複数の予め加熱されたスチールワイヤだけでなく、異なる直径を有する複数の予め加熱されたスチールワイヤを冷却するためにも適用され、それは、第１の冷媒槽において個々に流量を調整することにより、かつ／または各個別の経路に沿った第２の冷媒槽の長さを調整することにより実現することができる。

好ましくは、第１の冷媒槽、衝突液体生成器および空隙は、各個別の経路に沿って固定された長さを有する。

好ましくは、第１の冷媒槽および／または第２の冷媒槽の長さは、調整可能である。

好ましくは、設備は、１つまたは複数の衝突液体生成器の強度を制御するための手段を含む。このために、流量制御システムを好ましくは第１の冷媒槽の外側に設けることができる。流量制御を有するポンプをこのために使用することができる。あるいは、流量は、１つまたは複数の弁またはオリフィスによって制御することができる。

好ましくは、第１の冷媒槽は、越流式である。

好ましくは、第２の冷媒槽は、越流式である。

本発明による好ましい水空気パテンティング概念を示す。 本発明による冷却プロセスの実行についての概略図を与える。 異なるルーチンによる加熱されたスチールワイヤの冷却曲線を示す。 冷却速度に対する流量の影響を示す。 本発明の例による、異なる流量で強制冷却を受けるスチールワイヤの冷却曲線を示す。 本発明の例による、異なる流量で強制冷却を受けるスチールワイヤの引張強さを示す。 本発明の別の例による、異なる流量で強制冷却を受けるスチールワイヤの冷却曲線を示す。 本発明の別の例による、異なる流量で強制冷却を受けるスチールワイヤの引張強さを示す。

本発明による好ましい水空気パテンティング冷却方法および設備が図１に概略的に示されている。第１の冷媒槽（ＣＢ１）における衝突液体による冷却長さは、固定され、冷却速度は、噴流の前の圧力によって冷媒流れを最適化することによって調整される。短い空隙（ＡＧ）は、第１の冷媒槽（ＣＢ１）と第２の冷媒槽（ＣＢ２）とを分離するために設けられる。第２の冷媒槽（ＣＢ２）の長さは、調整可能である。第１の冷媒槽の長さ、強制冷却のための噴流の流量および空隙領域の長さは、マルテンサイトまたはベイナイトの形成を回避するように選択される。

好ましくは、図１に示されるように、スチールワイヤの周りの蒸気膜が衝突液体によって影響を受けるスチールワイヤの長さに沿った第１の冷媒槽のスチールワイヤを分離する仕切壁が第１の冷媒槽に設けられ、それにより、第１のスチールワイヤ上の衝突液体は、第２のスチールワイヤの周りの蒸気膜に影響を与えない。好ましくは、図１に示されるように、各個別の経路に沿った第１の冷媒槽、衝突液体生成器および空隙は、固定された長さを有し、第２の冷媒槽の長さは、調整可能である。

図２は、本発明による１つの略直線状のスチールワイヤの制御冷却を概略的に示す。図２に示されるように、スチールワイヤ１０は、約１０００℃の温度Ｔを有する炉１２から案内される。ワイヤ走行速度は、ワイヤの直径によって調整することができ、例えば約２０ｍ／分である。炉１２の直接下流に越流式の第１の冷媒槽１４が位置する。第１の冷媒槽の内部に浸された中空板（すなわち穿孔板）２２の穴２０からの複数の噴流１６が衝突液体を形成し、その流量は、第１の冷媒槽の外側の循環ポンプおよび制御システム１８によって制御される。穴２０からの圧力下の衝突液体は、スチールワイヤ１０に向かって噴出する。図２に示されるように、第１の長さＬ_１は、炉１２の出口から離れた衝突液体までの距離である。第２の長さＬ_２は、第１の冷媒槽における強制冷媒冷却プロセス（強制冷媒冷却長さ）のために使用される長さを示す。次いで、スチールワイヤ１０は、第１の冷媒槽から案内されて、図２で示されるＬ_４の長さを有する空隙領域にさらされる。その後、スチールワイヤ１０は、さらに冷却されるように第２の冷媒槽１７に案内される。第２の冷媒槽１７のスチールワイヤ１０の浸漬長さは、Ｌ_５として示される。長さＬ_５は、スチールワイヤ１０の直径および望ましい引張強さに応じて可変であり得る。

図３は、いわゆるＴＴＴ曲線（温度−時間−変態）における異なる冷却曲線を示す。時間は、横座標で示され、温度は、縦座標を形成する。Ｓは、オーステナイト（Ａ）からパーライト（Ｐ）への変態の開始を示す曲線であり、Ｅは、この変態の終了を示す曲線である。一例として、越流水槽で膜沸騰によって冷却されるスチールワイヤは、冷却曲線１’の破線に従う。冷却曲線１’の破線は、曲線ＳおよびＥの「ノーズ」に到達しない。曲線１〜４は、国際公開第２０１４１１８０８９号パンフレットに記載のプロセスを示し、曲線１は、強制水冷処理の期間における冷却進展を示し、曲線２は、「柔らかい」従来の水空気パテンティングプロセスにおける次の段階を示し、曲線３は、変態中の冷却曲線であり、曲線４は、変態後の段階においてさらなる冷却が空気中で生じることを示す。上の２つの状況と比較すると、本発明による冷却曲線の例は、曲線ａ〜ｃによって示されている。曲線ａは、冷却速度が流量で調整される第１の冷媒槽および第１の冷媒槽が続く空隙において生じた冷却を示す。曲線ｂは、変態中の冷却曲線であり、蒸気膜を乱すことなく第２の冷媒槽で生じさせることができる。曲線ｃは、空気中における変態の後を示す冷却曲線である。冷却曲線ａ〜ｃは、スチールワイヤの冷却スキームを変えることによって変更することができる。

異なる直径を有するスチールワイヤの冷却速度は、流量を調整することにより、適切に最適化することができる。冷却時間対流量の試験は、７５０℃から５００℃に冷却された６ｍｍの直径を有するプローブによって実行された。試験は、１ｍ^３／ｈ〜１６ｍ^３／ｈの範囲のいくつかの流量で実施され、その結果は、図４に示されている。１．１５ｍ^３／ｈから１５．３ｍ^３／ｈへの流量の増加により、冷却時間を１１．４秒から５．１秒に減少させることができる。それは、流量の増加により冷却時間を大きく減少させ得る、すなわち冷却速度を加速させ得ることを示す。

流量を調整することにより、スチールワイヤのオーステナイトからパーライトへの変態の開始点を制御することができる。変態は、第１の冷媒槽（ＣＢ１）、空隙領域（ＡＧ）または第２の冷媒槽（ＣＢ２）で開始させることができる。

図５に示される例として、６．５ｍｍの直径および０．６２重量％の炭素含有量を有するスチールワイヤが９５０℃から冷却される。加熱されたスチールワイヤは、炉から第１の冷媒槽（ＣＢ１）に直ちに案内され、その後、空隙領域（ＡＧ）にさらされ、第２の冷媒槽（ＣＢ２）が続く。３ｍ^３／ｈ、９ｍ^３／ｈ、１２ｍ^３／ｈおよび１５ｍ^３／ｈの異なる流量でのスチールワイヤの温度対冷却時間がそれぞれ測定され、冷却曲線は、図５の曲線Ａ、Ｂ、ＣおよびＤとしてそれぞれ示される。本明細書において、流量が異なること以外には同じ冷却設備装置が利用されている。強制冷却の長さは、１６０ｃｍであり、空隙領域の長さは、６５ｃｍであり、第２の冷媒槽の長さは、２００ｃｍである。流量が、曲線Ａで示されるように３ｍ^３／ｈで設定されるとき、変態は、第２の冷媒槽において約５８０℃の温度で始まる。より多い流量、すなわち９ｍ^３／ｈ、１２ｍ^３／ｈおよび１５ｍ^３／ｈを使用すると、変態は、第１の冷媒槽において５００℃〜５５０℃の温度で始まり、空隙領域において続く。

結果的に、冷却速度および冷却プロセスは、冷却されたスチールワイヤの微細構造体およびそれによるスチールワイヤの極限引張強さを決定する。６．５ｍｍの直径および０．６２重量％の炭素含有量を有するスチールワイヤの引張強さが流量の関数として図６に示される。３ｍ^３／ｈ、９ｍ^３／ｈ、１２ｍ^３／ｈおよび１５ｍ^３／ｈの強制冷却速度で冷却されたスチールワイヤは、それぞれ１０１２Ｎ／ｍｍ^２、９９７Ｎ／ｍｍ^２、１０７７Ｎ／ｍｍ^２および１１５１Ｎ／ｍｍ^２の引張強さ（Ｒｍ）を有する。したがって、スチールワイヤの引張強さは、第１の冷媒槽における強制冷却中の流量を選択することによって調整され得る。

別の例が図７に示される。３．６ｍｍの直径および０．７０重量％の炭素含有量を有するスチールワイヤが９５０℃から冷却される。加熱されたスチールワイヤは、炉から第１の冷媒槽（ＣＢ１）に直ちに案内され、その後、空隙領域（ＡＧ）にさらされ、第２の冷媒槽（ＣＢ２）が続く。３ｍ^３／ｈ、９ｍ^３／ｈ、１１ｍ^３／ｈおよび１４ｍ^３／ｈの異なる流量でのスチールワイヤの温度対冷却時間がそれぞれ測定され、冷却曲線は、図７の曲線Ａ、Ｂ、ＣおよびＤとしてそれぞれ示される。本明細書において、流量が異なること以外には同じ冷却設備装置が利用されている。強制冷却の長さは、１６０ｃｍであり、空隙領域の長さは、６５ｃｍであり、第２の冷媒槽の長さは、１２０ｃｍである。速度が、曲線Ａで示されるように３ｍ^３／ｈで設定されるとき、変態は、第２の冷媒槽において５６０℃よりわずかに高い温度で始まる。より多い流量、すなわち９ｍ^３／ｈ、１１ｍ^３／ｈおよび１４ｍ^３／ｈを使用すると、変態は、第１の冷媒槽において約５００℃の温度で始まり、空隙領域において続く。

結果的に、冷却速度および冷却プロセスは、冷却されたスチールワイヤの微細構造体およびそれによるスチールワイヤの極限引張強さを決定する。３．６ｍｍの直径および０．７０重量％の炭素含有量を有するスチールワイヤの引張強さが流量の関数として図８に示される。３ｍ^３／ｈ、９ｍ^３／ｈ、１１ｍ^３／ｈおよび１４ｍ^３／ｈの強制冷却速度で冷却されたスチールワイヤは、それぞれ１０８４Ｎ／ｍｍ^２、１０９４Ｎ／ｍｍ^２、１１６４Ｎ／ｍｍ^２および１２５２Ｎ／ｍｍ^２の引張強さ（Ｒｍ）を有する。それは、スチールワイヤの引張強さが第１の冷媒槽における強制冷却中の流量を選択することによって調整され得ることを示す。

Claims (15)

1. １つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤの所定の温度範囲への制御冷却の方法であって、前記予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤは、２．８ｍｍより大きい直径を有し、前記方法は、
   ａ）１つまたは複数の第１の冷媒槽を通る１つまたは複数の個別の経路に沿って前記１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを案内するステップであって、前記１つまたは複数の第１の冷媒槽は、浴液を含み、前記浴液は、水と安定化添加物とを含み、前記浴液および前記複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤは、各個別の経路に沿った各スチールワイヤ自体の周りに蒸気膜を作成する、ステップ、
   ｂ）前記１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを冷却するために、１つまたは複数の個別の経路に沿った特定の長さＬにわたり、前記１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤに向かって、前記１つまたは複数の第１の冷媒槽の内部に浸入した衝突液体を向けるステップであって、前記衝突液体は、前記蒸気膜の厚さを減少させるかまたは前記蒸気膜を不安定化させ、それにより１つまたは複数の個別の経路に沿った前記長さＬにわたる冷却の速度を増加させる、ステップ、
   ｃ）空気中でさらに冷却されるように、前記１つまたは複数の第１の冷媒槽から１つまたは複数の個別の経路に沿って前記１つまたは複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤを案内するステップ、
   ｄ）空気中での前記さらなる冷却後、１つまたは複数の第２の冷媒槽を通る１つまたは複数の個別の経路に沿って前記１つまたは複数の予め加熱された略直線状のスチールワイヤを案内するステップ
   を含み、前記１つまたは複数の略直線状のスチールワイヤは、オーステナイトからパーライトへの冷却変態を受ける、方法。
2. 前記衝突液体は、各個別の経路に沿った前記予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤ自体のそれぞれの下に浸入するか、または前記衝突液体は、その個別の経路に沿った前記複数の予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤのいくつかの下に部分的に浸入する、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つもしくは複数の第１の冷媒槽および／または前記１つもしくは複数の第２の冷媒槽の長さは、調整可能である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の冷媒槽は、前記スチールワイヤの周りの前記蒸気膜が前記衝突液体によって影響を受ける前記スチールワイヤの長さに沿った前記第１の冷媒槽のスチールワイヤを分離する仕切壁を設けられ、それにより、第１のスチールワイヤ上の衝突液体は、第２のスチールワイヤの周りの前記蒸気膜に影響を与えない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記衝突液体の強度は、各個別のスチールワイヤまたは前記複数のスチールワイヤのサブセットのために個々に設定および／または制御される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の冷媒槽は、固定された長さを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記衝突液体は、前記第１の冷媒槽の前記浴液と同じ化学組成を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記衝突液体は、流量制御システムによって連続的に再循環および制御される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. １つまたは複数のセンサは、前記スチールワイヤの１つまたは２つ以上の磁気応答を測定し、および閉ループにおいて適応し、前記第１の冷媒槽における前記衝突液体を制御するためのフィードバックを提供するために設けられる、請求項８に記載の方法。
10. 前記予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤのそれぞれの前記直径は、２．８ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. オーステナイトからパーライトへの前記冷却変態は、前記予め加熱されかつ略直線状であるスチールワイヤが前記第１の冷媒槽と前記第２の冷媒槽との間の空気中で冷却されるときに実質的に始まる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記スチールワイヤのそれぞれは、オーステナイト化温度より高く予め加熱され、かつ４００℃〜６５０℃の所定の温度に冷却される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. １つまたは複数の予め加熱されたスチールワイヤの所定の温度範囲への制御冷却のための設備であって、
    ａ）第１の冷媒槽であって、水と好ましくは安定化ポリマーとを含む浴液を含有するために設けられる第１の冷媒槽、
    ｂ）個別の経路に沿った各スチールワイヤに向かって衝突液体を噴出するように適合されている、前記第１の冷媒槽の内部に浸された１つまたは複数の衝突液体生成器、
    ｃ）第２の冷媒槽であって、浴液を含有するために設けられ、前記浴液は、水と好ましくは安定化添加物とを含み、前記第２の冷媒槽は、前記第１の冷媒槽からその間の空隙によって分離される、第２の冷媒槽、
    ｄ）個別の経路に沿って、その後、前記第１の冷媒槽、前記空隙および前記第２の冷媒槽を通して、前記１つまたは複数の予め加熱されたスチールワイヤを連続的に案内するための案内手段
    を含む設備。
14. 前記第１の冷媒槽、前記衝突液体生成器および前記空隙は、各個別の経路に沿って固定された長さを有する、請求項１３に記載の設備。
15. 前記第１の冷媒槽および／または前記第２の冷媒槽の前記長さは、調整可能である、請求項１３または１４に記載の設備。

Images