專利名稱：鋼的熱處理方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以低成本又給予鋼足夠強度的鋼的熱處理方法，還涉及這種熱處理方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知拉絲后的退火處理包括鉛淬火、熔鹽淬火、流態(tài)化床淬火、空氣淬火和薄霧(mist)淬火。離線(off-line)退火處理主要使用鉛床和流態(tài)化床。軋制后的直接熱處理使用熔鹽、空氣和薄霧。
鉛和熔鹽的熱交換系數(shù)大，能使鋼迅速冷卻。這有利于得到高強度的鋼制品。因此，它們是獲得高質(zhì)量最有效的冷卻劑。但是，它們不僅昂貴，而且還產(chǎn)生有害煙氣和如氧化鉛的有毒物質(zhì)，因為它們是在鉛浴爐和熔鹽爐中使用的。所以，它們在防止環(huán)境污染方面不是令人滿意的。
當用空氣和薄霧作冷卻劑時，盡管它們沒有環(huán)境問題，但是它們的熱交換系數(shù)小，不能使鋼迅速冷卻。因此，它們要求在鋼材料中加入一種阻止珠光體轉(zhuǎn)化的成分，以獲得高強度的制品。它們還存在另一問題，即在強度上，使用它們得到的制品較使用鉛淬火得到的制品差。
用流態(tài)化床進行的熱處理，也具有熱交換系數(shù)小的問題。對于線材，這種熱處理方法不能以充分的可靠性用于直徑2毫米或以上厚度的線材，因為可能得不到足夠的強度。
綜上所述，不論是在離線的退火處理中還是在軋制后的直接熱處理中，沒有一種冷卻劑同時滿足前述三個要求使鋼制品獲得高強度和低生產(chǎn)成本的大熱交換系數(shù)，和不造成環(huán)境污染。
因此，本發(fā)明的主要目標是提供一種鋼的熱處理方法和這種熱處理方法的設(shè)備。該方法通過使用大熱交換系數(shù)的冷卻劑對鋼進行熱處理，而且對環(huán)境是友好的。
發(fā)明公開本發(fā)明是通過在固體顆粒和水的混合物中冷卻鋼而實現(xiàn)上述目標的。
所述的混合物可以是固體顆粒分散于水中的懸浮液狀態(tài)。不過，理想的是使固體顆粒在水中沉淀以便在沉淀層冷卻鋼。這種方法提高了冷卻速率，使冷卻效率更高。
理想的固體顆粒是熱導(dǎo)率高而且即使與900-1000℃的鋼接觸也不變壞的耐熱材料。氧化物是特別適宜的耐熱材料。更具體地，優(yōu)選使用至少一種選自Al2O3、CaO、MgO、SiO2、ZrO2、ZrO2·SiO2、B2O3、FeO、FeO2和Fe2O3的氧化物。尤其是鐵氧化物(FeO、FeO2或Fe2O3)的混合物，可有效地防止冷卻劑在長時間的熱處理中變壞。也可以使用非前述鐵氧化物族砂粒的顆粒，如金屬顆粒和合金顆粒作為有效的固體顆粒，但是，考慮到長期連續(xù)的運行和氧化物族砂粒的抗惡化與抗腐蝕性，最好還是使用氧化物族砂粒。也可以用石墨粉末作為固體顆粒。石墨粉末的比重小熱導(dǎo)率高，因此，它們特別適合用作在移動的傳輸機上用環(huán)形鋪設(shè)的裝置處理鋼絲以盤繞成形的冷卻劑。對于如石墨粉末等有凝聚趨勢的物質(zhì)，最好加入表面活性劑以防止凝聚。
固體顆粒的比重優(yōu)選在1.0或以上。若比重低于1.0，則固體顆粒漂浮于水中，使鋼難于通過顆粒的聚集體。顆粒的比重優(yōu)選5.0或更小，如果大于5.0，使鋼插入并通過固體顆粒聚集體變得困難了。特別是當在移動的傳輸機上用環(huán)形鋪設(shè)的裝置熱處理鋼絲以盤繞成形時，使鋼絲插入并通過固體顆粒聚集體就更困難了。更優(yōu)選固體顆粒具有3.0或更低的比重。即使比重很大的耐熱材料，也可以通過獲得中空結(jié)構(gòu)以降低單位體積的重量而用作固體顆粒。
優(yōu)選80％重量或以上的固體顆粒具有1.0毫米或以下的粒徑。如果粒徑超過1.0毫米，那么水與鋼直接接觸的間隙就增大。這種增大會導(dǎo)致水的泡核沸騰，進一步加強冷卻效果，因此，可能形成不合乎需要的馬氏體結(jié)構(gòu)。具體地講，優(yōu)選固體顆粒的平均粒徑為150微米或以下。150微米或以下的平均粒徑，使鋼易于插入并通過固體顆粒，即使固體顆粒的比重接近于5.0。更優(yōu)選固體顆粒的平均粒徑為100微米或以下。
當鋼附近的水量不充分時，鋼的冷卻速率降低，從而增加了縱向鋼強度的變化。這種水量的不足可以通過下列任何處置來預(yù)防①使用熱處理設(shè)備，該設(shè)備包括(a)含有水的液體??；和(b)固體顆粒浴，該固體顆粒浴通過篩網(wǎng)與液體浴隔離并包含固體顆粒。所述的篩網(wǎng)具有比固體顆粒的粒徑還小的孔。鋼在固體顆粒浴中被插到固體顆粒和水的混合物中冷卻。
②限制鋼在固體顆粒和水的混合物中的插入深度為40厘米或以下。
③在固體顆粒之間強制供水，以防止鋼附近的固體顆粒之間的水量不足。
在處置①中，因為篩網(wǎng)的孔小于固體顆粒的粒徑，所以沒有固體顆粒跑到篩網(wǎng)的外面。因此，盡管固體顆粒浴中包含固體顆粒和水的混合物，但是液體浴卻只包含水。對篩網(wǎng)的材料沒有特殊的限制，只要篩網(wǎng)能夠擋住固體顆粒。優(yōu)選使用如不銹鋼等材料。由于使用篩網(wǎng)而形成熱處理設(shè)備的雙重結(jié)構(gòu)，使得固體顆粒浴永遠被水包圍，從而避免了鋼附近的水量不足。
優(yōu)選在液體浴中攪拌水。攪拌水的方式包括帶有翼片的葉輪在液體浴中的旋轉(zhuǎn)和泵致水流的形成。液體浴中的水攪拌促進了水向到固體顆粒浴中的滲透，從而防止了鋼附近的水量不足。
在處置②中，更優(yōu)選鋼在固體顆粒和水的混合物中(即固體顆粒聚集體中)的插入深度為25厘米或以下，最優(yōu)選為10厘米或以下。原因是，隨著插入深度的增加，向固體顆粒浴中的鋼附近供水越來越難。
在處置③中，固體顆粒之間水流的形成防止了鋼附近的水量不足。更具體地講，優(yōu)選在固體顆粒和水的混合物的下部裝備并聯(lián)管狀噴嘴，并從噴嘴向固體顆粒供水。盡管不能使固體顆粒流態(tài)化，但是所提供的水在固體顆粒之間形成了水流，從而防止了鋼附近的水量不足。
另外，前述的供水不僅可以在固體間形成水流，而且還可以使固體顆粒本身流態(tài)化。為使固體顆粒流態(tài)化，可以在固體顆粒和水的混合物的下部裝備具有很多小孔的篩網(wǎng)狀噴嘴，并從噴嘴供水。流態(tài)化的方法包括提供水、水蒸氣或空氣。但是，水蒸氣和空氣不是理想的，因為它們在固體顆粒之間形成空隙。只有通過供水來進行流態(tài)化時，才能夠?qū)嵤┓€(wěn)定的熱處理。
在冷卻劑中，術(shù)語“水”包括熱水。水的溫度優(yōu)選為50℃或以上，更優(yōu)選為70℃或以上，最優(yōu)選為90℃或以上。如果低于50℃，會形成馬氏體結(jié)構(gòu)。90℃或以上的水溫，可以減小因鋼溫度的變化而造成的水溫變化，從而可以進行穩(wěn)定的熱處理。
本發(fā)明的熱處理方法既可用于軋制后的離線鋼，又可以用于軋制后直接熱處理的在線(in-line)鋼。
本發(fā)明的熱處理方法所處理的材料類型包括各種類型的鋼。在這些類型的鋼中，可以有效地處理碳鋼。具體地講，可以最有效地處理高碳鋼。該熱處理方法適用于包括平板和線材的任何形狀的鋼。具體地講，本方法最適合于線材。
本發(fā)明的熱處理設(shè)備，是一種通過將鋼浸沒于冷卻劑池中而對鋼進行熱處理的設(shè)備。所述的冷卻劑池包括(a)含有水的液體??；和(b)固體顆粒浴，該固體顆粒浴通過篩網(wǎng)與液體浴隔離并包含固體顆粒。所述的篩網(wǎng)具有比固體顆粒的粒徑還小的孔。
優(yōu)選液體浴裝有攪拌水的裝置。還優(yōu)選裝有在固體顆粒之間強制供水的裝置。具體地講，優(yōu)選裝有通過供水而使固體顆粒流態(tài)化的裝置。


在附圖中圖1是圖解本發(fā)明的熱處理方法的視圖；圖2是圖解本發(fā)明的熱處理方法的另一視圖；圖3是冷卻速率和冷卻劑溫度的關(guān)系圖，表明了出現(xiàn)和不出現(xiàn)馬氏體；圖4(a)是用鋯英石砂(Zircon sand)和水作冷卻劑的熱處理設(shè)備的示意圖；圖4(b)是本發(fā)明的熱處理設(shè)備的示意圖，其中鋯英石砂包含于水中的篩網(wǎng)隔離物中；圖4(c)是本發(fā)明的熱處理設(shè)備的示意圖，其中圖4(b)中示出的液體浴中的水被攪拌；圖5是鋼絲抗張強度的縱向分布圖，所述的鋼絲經(jīng)圖4(a)至圖4(c)中示出的設(shè)備熱處理過；圖6是鋼絲抗張強度的縱向分布與鋼絲插入鋯英石砂和水混合物中的深度之間的關(guān)系圖；圖7是向鋯英石砂供水時本發(fā)明設(shè)備的示意圖；圖8示出的是用圖7中示出的裝置向鋯英石砂供水和不供水時，鋼絲抗張強度的縱向分布圖；圖9是使鋯英石砂流態(tài)化時本發(fā)明設(shè)備的示意圖；和圖10示出的是用圖9中示出的裝置使鋯英石砂流態(tài)化和不使鋯英石砂流態(tài)化時，鋼絲抗張強度的縱向分布圖。
附圖中的標記解釋如下1加熱爐；2冷卻劑池；3鋼絲；4水；5固體顆粒；11沸水；12固體顆粒；13鋼絲；21鋯英石砂；22水；23篩網(wǎng)；24固體顆粒??；25液體??；26高碳鋼鋼絲；27管道；和28小孔。
本發(fā)明的最佳實施方式下面解釋本發(fā)明的實施方案。
<實施例1>
首先，將直徑11.5毫米含C 0.80％重量、Si 0.22％重量和Mn 0.73％重量的鋼絲加熱。然后將所述的鋼絲分成兩組，于下面不同條件下冷卻，作離線退火處理。
①如圖1所示，在加熱爐1的后面直接安裝冷卻劑池2。將在加熱爐1中加熱的鋼絲3導(dǎo)入冷卻劑池2。所述的冷卻劑池2包含水4和固體顆粒5。所述的固體顆粒5在水中保持沉淀狀態(tài)。鋼絲3在溫度為950℃的加熱爐中加熱。水4是97℃的熱水。將加熱了的鋼絲3導(dǎo)入固體顆粒的沉淀層冷卻(實施例1-1)。該固體顆粒主要有ZrO2(氧化鋯)組成。
②加熱的鋼絲在540℃的鉛中冷卻(對比例1-1)。
熱處理之后，進行張力試驗以評價抗張強度。結(jié)果表明，在條件①下冷卻的實施例1-1的抗張強度為1222牛頓/平方毫米，而在條件②下冷卻的對比例1-1的抗張強度也同為1222牛頓/平方毫米。該結(jié)果說明，本發(fā)明的方法所產(chǎn)生強度可以和使用鉛退火所得到的強度相比擬。
<實施例2>
將含C 0.80％重量、Si 0.22％重量和Mn 0.73％重量的鋼材軋制，以制備直徑為11.5毫米的線材。然后將所述的線材立即導(dǎo)入與實施例1中條件①相同的冷卻劑池中，進行在線退火。鋼絲的張力試驗結(jié)果給出1225牛頓/平方毫米的抗張強度。該強度可以與前述離線退火得到的強度相比擬。這一結(jié)果表明，本發(fā)明的方法也可以用于軋制后的直接熱處理。
<實施例3>
首先，將直徑11.5毫米含C 0.80％重量、Si 0.22％重量和Mn 0.73％重量的碳鋼鋼絲加熱。然后將所述的鋼絲分成三組，于下面不同條件下冷卻，作離線退火處理。熱處理之后，測量鋼絲的抗張強度。
①如圖1所示，在加熱爐1的后面直接安裝冷卻劑池2。將在加熱爐1中加熱的鋼絲3導(dǎo)入冷卻劑池2。所述的冷卻劑池2包含水4和作為冷卻劑的固體顆粒5。所述的固體顆粒5在水中保持沉淀狀態(tài)。將鋼絲3導(dǎo)入冷卻劑池2并通過固體顆粒的沉淀層，進行冷卻(實施例2-1)。
②在圖1中，固體顆粒不沉淀而是通過攪拌水分散于水中。在這種條件下導(dǎo)入鋼絲(實施例2-2)。
③加熱的鋼絲在540℃的鉛中冷卻(對比例2-1)。
對于在條件①和②下的每次熱處理，單獨使用下列材料Al2O3、CaO、MgO、SiO2、ZrO2、ZrO2·SiO2、B2O3和鐵氧化物(FeO、FeO2和Fe2O3)作為固體顆粒。每種固體顆粒的平均粒徑均為0.2毫米。當鋼絲導(dǎo)入冷卻劑池時，鋼絲的溫度為900℃，水溫為97℃。相對于冷卻劑，鋼絲的速度約為50厘米/秒?？箯垙姸鹊臏y試結(jié)果見表1。表1

從表1可以看出，實施例2-1和實施例2-2所給出的強度均可以與對比例2-1中使用鉛退火所得到的強度相比擬。由試驗中所使用的固體顆粒組成的任何材料均是有效的。固體顆粒沉淀于水中的實施例2-1較固體顆粒分散于水中的實施例2-2，更有效地提高了抗張強度。這一試驗結(jié)果表明，本發(fā)明的方法所產(chǎn)生強度可以和使用鉛退火所得到的強度相比擬。
<實施例4>
幾組具有不同粒徑的固體顆粒單獨沉淀于水中，以進行與實施例2-1類似的熱處理。試驗的目的是檢驗泡核沸騰的發(fā)生條件。所使用固體顆粒全部由ZrO2·SiO2(鋯英石)組成。所述的試驗通過改變粒徑超過1毫米的固體顆粒(ZrO2·SiO2)的含量來進行。試驗結(jié)果見表2。表2

從表2可以看出，粒徑超過1毫米的固體顆粒的含量低于20％重量時，不發(fā)生泡核沸騰，暗示所獲得的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)馬氏體的比率很小。
<實施例5>
將直徑11.5毫米含C 0.80％重量、Si 0.22％重量和Mn 0.73％重量的碳鋼鋼絲在移動的傳輸機上用環(huán)形鋪設(shè)的裝置處理，以形成直徑1.2米的盤繞形(卷材)。然后將鋼絲導(dǎo)入冷卻劑池中，以檢查鋼絲插入冷卻劑中的能力和鋼絲熱處理后的抗張強度。如圖2所示，所述的冷卻劑由沉淀于沸水11中的固體顆粒12組成。檢查鋼絲13是否容易地插入固體顆粒的沉淀層。盡管圖2中以直線鋼絲來說明，但是也可以處理上述盤繞形鋼絲。使用三種不同比重值的固體顆粒。試驗通過改變每種固體顆粒的平均粒徑來進行。試驗結(jié)果見表3，其中標記“O”表示鋼絲容易插入，標記“X”表示鋼絲難于插入。
表3

從表3可以看出，如果用比重為5.6的ZrO2作為固體顆粒，不可能插入鋼絲；如果用比重為3.9的Al2O3作為固體顆粒，只有平均粒徑低于150微米時才可能插入鋼絲；如果用比重為2.2的SiO2作為固體顆粒，容易插入鋼絲，而與粒徑無關(guān)。優(yōu)選固體顆粒具有5.0或以下的比重和150微米或以下的粒徑。所得到的抗張強度落入1228至1232兆帕的范圍，而與所用的固體顆粒無關(guān)。換句話說，所得到的抗張強度，可以與相同直徑鋼絲經(jīng)鉛退火所得到的1222兆帕的抗張強度相比擬，或者高于1222兆帕。
<實施例6>
將直徑11.5毫米含C 0.82％重量的鋼絲在移動的傳輸機上用環(huán)形鋪設(shè)的裝置處理，以盤繞成形為卷材。所述的鋼絲在下面①至④的不同條件下進行熱處理。測量每種熱處理鋼絲的抗張強度。用比重為2.2、平均粒徑為400微米的石墨粉末作為固體顆粒。鋼絲導(dǎo)入冷卻劑中時，鋼絲的溫度為900℃，水溫為97℃。相對于冷卻劑，鋼絲的速度約為50厘米/秒。
①所述的冷卻劑為水與石墨粉末的攪拌混合物。將鋼絲導(dǎo)入石墨粉末分散于水中的冷卻劑中(實施例6-1)。
②石墨粉末沉淀于水中。將鋼絲導(dǎo)入石墨粉末的沉淀層(實施例6-2)。
③所述的冷卻劑為其中加有表面活性劑的水與石墨粉末的混合物。將鋼絲導(dǎo)入石墨粉末分散于水中而不沉淀的冷卻劑中(實施例6-3)。
④加熱的鋼絲在540℃的鉛中冷卻(對比例6-1)。
抗張強度的測量結(jié)果為條件①的1232兆帕，條件②的1242兆帕，條件③的1235兆帕，條件④的1222兆帕。如上所示，條件①至③即本發(fā)明方法的結(jié)果好于條件④即對比例的結(jié)果。沉淀的石墨粉末比分散的石墨粉末更有效。在條件③中，表面活性劑是有效的，沒有觀察到石墨粉末的凝聚。
<實施例7>
在上述實施例6的條件②下，改變石墨粉末中粒徑超過1毫米的顆粒百分數(shù)，以檢查熱處理過程中泡核沸騰的出現(xiàn)條件。結(jié)果見表4。表4

從表4可以看出，粒徑超過1毫米的固體顆粒的含量低于20％重量時，不發(fā)生泡核沸騰，暗示所獲得的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)馬氏體的比率很小。
<實施例8>
在上述實施例6的條件①下，改變水與石墨粉末混合物的溫度以測量冷卻速率。鋼絲導(dǎo)入冷卻劑中時的溫度為900℃。相對于冷卻劑，鋼絲的速度約為50厘米/秒。測量結(jié)果見圖3中的曲線圖。從圖3可以看出，當冷卻劑的溫度低于50℃時，冷卻速率高并觀察到馬氏體的出現(xiàn)。當冷卻劑的溫度為90℃或更高時，冷卻速率穩(wěn)定。
<實施例9>
主要由SiO2和Al2O3組成的中空顆粒分散于沸水中作為冷卻劑(市場上可以得到作為耐火材料的比重為0.7的中空顆粒)。如實施例6那樣，將鋼絲導(dǎo)入冷卻劑中冷卻。鋼絲導(dǎo)入冷卻劑中時的溫度為900℃，相對于冷卻劑的速度約為50厘米/秒。熱處理之后抗張強度的測量結(jié)果高達1221兆帕，可以和使用鉛退火所得到的強度值相比擬。
<實施例10>
圖4示出了本發(fā)明的熱處理設(shè)備的示意圖。圖4(a)中的設(shè)備具有一熱處理池，其中粒徑為0.1至0.3毫米的鋯英石砂1(ZrO2·SiO2)沉淀于97℃的水22中。圖4(b)和圖4(c)中的設(shè)備被開孔0.09毫米的篩網(wǎng)23分隔成內(nèi)部浴，固體顆粒浴24和外部浴，即液體浴25。所述的固體顆粒浴24包含粒徑為0.1至0.3毫米沉淀于97℃的水22中的鋯英石砂21(ZrO2·SiO2)。所述的液體浴25僅包含97℃的水22。液體浴25中不存在鋯英石砂。圖4(b)和圖4(c)中的設(shè)備的區(qū)別在于，篩網(wǎng)23外面的水22由一攪拌器攪拌(圖中沒有示出)。
用這三種熱處理設(shè)備，通過使之連續(xù)地通過熱處理設(shè)備中的鋯砂沉淀層對直徑7.0毫米、加熱至950℃的高碳鋼(C含量為0.82％重量)進行退火處理。鋼絲從鋯英石砂上面的插入深度約50厘米。取經(jīng)熱處理的鋼絲10米作為樣品，測量其抗張強度。結(jié)果示于圖5中。
對于經(jīng)圖4(a)中的設(shè)備熱處理的鋼絲(對比例)，盡管可以獲得高的抗張強度，但是強度隨時間而降低。對于經(jīng)圖4(b)中的設(shè)備熱處理的鋼絲(實施例)，強度上的降低減弱了；對于經(jīng)圖4(c)中的設(shè)備熱處理的鋼絲(本發(fā)明另一實施例)，幾乎看不出強度上的降低。
上述結(jié)果證實，用篩網(wǎng)將熱處理設(shè)備分隔成固體顆粒浴和液體浴，并將鋼絲導(dǎo)入固體顆粒和水的混合物中，就可以穩(wěn)定地得到高強度的鋼絲。特別地，攪拌固體顆粒浴外面的水，可以提高強度的穩(wěn)定性。這種情況下，可以用另一種攪拌方法攪拌水，而不用攪拌器。泵致的水循環(huán)或其他方法產(chǎn)生的水流可以產(chǎn)生類似的結(jié)果。
<實施例11>
本實施例使用圖4(a)所示的熱處理設(shè)備。通過改變鋼絲插入鋯英石砂層的深度為10、20、40和50厘米，進行與實施例10相類似的熱處理。結(jié)果見圖6?？梢钥闯觯疃葹?0厘米時的強度上的降低，隨著深度從50厘米降至40厘米至20厘米而減弱。最終，于深度為10厘米時，得到最穩(wěn)定的強度。
<實施例12>
示意7示出了本發(fā)明的一種熱處理設(shè)備。該設(shè)備具有一熱處理池，其中鋯英石砂1沉淀于水22中。在熱處理池的底部安裝很多并聯(lián)的管子27。97℃的水從管子27連續(xù)地供給鋯英石砂21。因此，水被強制地供給于鋯英石砂顆粒之間。用該熱處理池進行類似于實施例10的測試。作為對比例，用不從管子27供水的設(shè)備進行類似的熱處理。測量熱處理之后的鋼絲的強度，結(jié)果見圖8。從圖8可以看出，本發(fā)明的方法產(chǎn)生穩(wěn)定的高強度。
<實施例13>
示意9示出了本發(fā)明的一種熱處理設(shè)備。該設(shè)備具有一熱處理池，其中鋯英石砂21沉淀于水22中。在接近熱處理池的整個底部均勻安裝了很多小孔28。從小孔28噴射出來的水使鋯英石砂21流態(tài)化。用這種熱處理池進行類似實施例10的測試。作為對比例，用鋯英石砂21不發(fā)生流態(tài)化的設(shè)備進行類似的熱處理。測量熱處理之后的鋼絲強度，結(jié)果示于圖10中。從圖10可以看出，本發(fā)明的方法可以產(chǎn)生穩(wěn)定的高強度。
<實施例14>
熱軋含0.82％重量C的鋼材，以制備直徑為11.5毫米的鋼絲。在移動的傳輸機上經(jīng)環(huán)形鋪設(shè)的裝置處理而盤繞成形的鋼絲，于下列條件下直接進行熱處理冷卻劑為固體顆粒和水的混合物，溫度為97℃。分別使用四種固體顆粒，即氧化鋯(ZrO2)、鋯英石(ZrO2·SiO2)、氧化鋁(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)。所有類型的固體顆粒均具有約200微米的平均粒徑。所述的固體顆粒沉淀于水中，并且被從冷卻劑池底噴射出來的97℃的水流態(tài)化。
無論固體顆粒的類型如何，鋼絲都可毫無困難地插到冷卻劑中。同樣，不管固體顆粒的類型如何，所得到的強度均落入1230至1250兆帕的范圍，均可以和使用鉛退火所得到的強度值相比擬。
<實施例15>
改變冷卻劑的溫度為30、50、70、80、90和97℃，實施類似于實施例14的熱處理。冷卻劑固定為鋯英石砂。所得到的結(jié)果總結(jié)如下。在30℃時，所得到的結(jié)構(gòu)為馬氏體，不形成珠光體。在50℃時，盡管所得到的結(jié)構(gòu)大部分是珠光體，但是觀察到所形成的部分馬氏體結(jié)構(gòu)取決于流態(tài)化的狀態(tài)。因此，這一溫度不總是適合于穩(wěn)定的熱處理。對于70、80、90和97℃，所得到的結(jié)構(gòu)全部是珠光體，可得到穩(wěn)定的熱處理。在70或70℃以上，所得到的強度均落入1230至1250兆帕的范圍，并且在各溫度之間無顯著的區(qū)別。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明的方法可以以低成本提供高強度的鋼制品，并且不造成環(huán)境污染。具有特定粒徑的固體顆粒能夠抑制泡核沸騰的產(chǎn)生和馬氏體的形成。具體地講，固體顆粒的特定比重或固體顆粒在水中的流態(tài)化，使盤繞形鋼絲容易地插到冷卻劑中。本發(fā)明的熱處理方法可以用于軋制后的直接熱處理和離線熱處理，而且在鋼絲的退火處理中是有效的。
本發(fā)明的熱處理設(shè)備使用大熱交換系數(shù)的冷卻劑，并且能夠?qū)嵤┑统杀竞铜h(huán)境友好(無污染)的熱處理。甚至當長時間處理長鋼絲時，該設(shè)備也能夠抑制熱處理之后因鋼絲附近缺水和固體顆粒溫度升高而導(dǎo)致的鋼絲強度的降低。因此，該設(shè)備可以制備具有穩(wěn)定強度的鋼絲。
權(quán)利要求
1．一種鋼的熱處理方法，該方法通過在冷卻劑中冷卻奧氏體化的鋼，其中所述的冷卻劑是水與固體顆粒的混合物。
2．權(quán)利要求1中的鋼的熱處理方法，該方法包括下列步驟(a)使固體顆粒在水中沉淀；和(b)使鋼通過固體顆粒的沉淀層，以使鋼冷卻。
3．權(quán)利要求1中的鋼的熱處理方法，該方法包括下列步驟(a)使固體顆粒分散于水中；和(b)使鋼通過固體顆粒和水的混合物，以使鋼冷卻。
4．權(quán)利要求1至3任一項的鋼的熱處理方法，其中所述的固體顆粒是氧化物。
5．權(quán)利要求1至3任一項的鋼的熱處理方法，其中所述的固體顆粒是石墨顆粒。
6．權(quán)利要求1至3任一項的鋼的熱處理方法，其中該熱處理的對象是碳鋼鋼絲。
7．權(quán)利要求1至3任一項的鋼的熱處理方法，其中(a)該熱處理的對象是軋制后的鋼絲；和(b)該熱處理是在所述的軋制后直接進行的。
8．權(quán)利要求1中的鋼的熱處理方法，其中強制供水于所述的固體顆粒之間，以防止鋼附近的固體顆粒之間缺水。
9．權(quán)利要求8中的鋼的熱處理方法，其中所述的固體顆粒是流態(tài)化的。
10．權(quán)利要求9中的鋼的熱處理方法，其中該固體顆粒是通過在固體顆粒與水的混合物的底部供水而流態(tài)化的。
11．一種通過使鋼浸入冷卻劑池的鋼的熱處理設(shè)備，其中(a)所述的冷卻劑池包括(a1)含水的液體浴；和(a2)固體顆粒浴，該固體顆粒浴(a2a)在液體浴中被一篩網(wǎng)分隔；和(a2b)包含固體顆粒；和(b)所述的篩網(wǎng)具有比固體顆粒的粒徑小的開孔。
12．一種通過使用包含水和固體顆粒的加載冷卻劑的鋼的熱處理設(shè)備，該設(shè)備裝有于固體顆粒之間強制供水的裝置。
13．權(quán)利要求12中的鋼的熱處理設(shè)備，該設(shè)備裝有使固體顆粒流態(tài)化的裝置。
全文摘要
一種熱處理鋼的方法及其設(shè)備。所述的方法使用大熱交換系數(shù)的冷卻劑，并以低成本和對環(huán)境友好的無污染方式對鋼進行處理。該熱處理方法將奧氏體化鋼插入冷卻劑中進行冷卻，包括使用固體顆粒和水的混合物作為冷卻劑，固體顆粒沉積于水中。冷卻鋼的理想辦法是使鋼通過固體顆粒在水中的沉淀層。所述的固體顆粒優(yōu)選為氧化物、石墨粉，并優(yōu)選該態(tài)化。熱處理法鋼的裝置將鋼插入冷卻劑池中，該冷卻劑池包括貯有水的液體浴和在液體浴用篩網(wǎng)分開的裝有固體顆粒的固體顆粒浴，該篩網(wǎng)上有小于固體顆粒直徑的小孔。裝有固體顆粒和水的鋼的熱處理裝置的另一種方式包括在固體顆粒之間強制供水的裝置和優(yōu)選固體顆粒該態(tài)化裝置。
文檔編號C21D1/02GK1318109SQ9981093
公開日2001年10月17日 申請日期1999年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者大石幸?guī)? 河部望 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社