[发明专利]用于热处理钢丝的方法及相关设备

说明书

一种用于热处理钢丝的方法，包括以下已知步骤：以丝速度退绕钢丝，引导钢丝通过加热段，加热段包括一个或多个感应线圈，冷却钢丝并将其卷绕在载体上。关于该方法的具体之处在于，保护气体以取决于丝速度的流率而被注入加热段。发明人发现，保护气体的流率应当随着该速度的增加而降低。在极限情况下，当加工线以操作速度运行时，不向加热段中注入保护气体。这使得保护气体的使用减少。当收线工字轮或放线工字轮需要更换且加工线需要以更低速度运行时，可以增加保护气体的流率。本发明允许控制丝上形成的氧化物的类型和水平。本发明还延伸至一种实施该方法的设备，其中使得保护气体的气体流量取决于通过控制系统的丝速度。

技术领域

本发明涉及一种用于热处理钢丝的方法和执行该方法的相关设备。钢丝的热处理用于改变钢的性能。需要使用热处理的特殊钢丝例如是胎圈钢丝的应力消除(用于盘绕轮胎中使用的胎圈)、在进一步拉拔之前对远拉拔低碳钢丝进行退火，或者对例如用作弹簧丝的马氏体钢丝(高碳)进行回火。

背景技术

在生产用于各种用途的钢丝(诸如胎圈钢丝或低碳裸钢丝或镀锌钢丝)时，常常需要对拉拔的钢丝进行热处理。由于对丝的拉拔，钢的晶粒被拉长，并且同时引入位错和缺陷。两者均导致丝的强度增加，但延展性降低。这尤其是由于在钢处于应力下时由位错和缺陷导致的滑动面锁定。

在一些情况下，有必要放弃一些强度增益以改善延展性。在钢丝的情况下，这例如可以提高断裂伸长率。例如，胎圈钢丝(即，青铜或黄铜涂覆钢丝)必须表现出可以安全地安装在轮胎的胎圈中的最低程度的断裂伸长率(2％及以上)。替代地，弹簧丝必须进行热处理以控制丝的对弹簧性能有影响的屈服点。

一般而言，拉伸强度与延展性之间的这种折衷通过对钢丝的热处理来实现。因此，这意味着使丝的温度在任何情况下均保持为低于铁碳相图中A1线的温度，随后进行受控冷却。由于这种处理，位错和缺陷扩散并结合，从而得到仍然坚固但更具延展性的丝。这也被称为“应力释放”或“恢复”。温度和/或处理时间的增加将进一步导致再结晶，其中无应变晶粒结合。这已经可能导致结构太软。如果温度进一步升高足够长的时间，将继续发生晶粒生长。然而，该处理的目的不是再结晶(或者甚至与之相反)使晶粒生长，因为此时由于冷拉，晶粒的拉伸强度已经部分地丧失甚至全部丧失。

热处理的另一示例是回火。在马氏体淬火丝的回火过程中，碳将从高应力马氏体中扩散出来并以碳化物的形式析出，从而产生更具延展性但仍然坚固的微结构，该结构例如可以被盘绕成弹簧。

历史上，钢丝的热处理通过在熔融铅浴中加热钢丝进行。可以容易地控制熔融铅的温度，同时使从铅到钢丝的热传递是最佳的，从而产生即时且稳定的温度，即，等温加热。此外(并且不是公认的优点)，熔融铅还隔绝钢丝表面使其不被氧化。唯一可能发生氧化的是铅浴的出口处，但这通过用释放煤气的无烟煤覆盖熔融铅来对抗，煤气燃烧从而消耗钢丝表面附近的氧气。

然而，已经认定铅和煤气对人类健康和环境具有严重影响，并且因此越来越多地被禁止用于生产环境中。因此，必须寻求替代方案将丝加热到所需温度。在钢丝的情况下，替代方案是使用盐浴，或使用流化砂床或使用电阻加热。盐浴会带来操作安全风险。流化床中的热传递比铅浴中少得多。当使用电阻加热时，行进中与钢丝的电接触可能会产生火花，从而导致不可接受的马氏体钢斑点。

为了克服这些缺点，已经引入了通过感应加热丝的方法。该技术的标志性出版物是US4788394。在这种加热方法中，钢丝被引导通过交变磁场，该交变磁场感应出加热钢丝的涡流。这使得在丝被引导通过均热区(即，扁平长盒)之后，丝被迅速、无接触地加热至期望温度，其中丝与其环境绝缘。虽然这种处理不像使用铅浴时那样等温，但温度可以保持足够稳定。为了防止丝被氧化，必须用保护气氛包围丝，这可以通过将保护气体注入到加热线圈中来实现。

WO2014/142355还描述了一种丝加热系统和丝加热方法，包括一个或多个感应线圈，随后是均热区。根据该系统和方法，通过基于丝进入速度和直径调节到感应线圈的馈送电流来控制盘条的加热。这样，即使是当加工线的速度(例如为了转换)降低时，也能防止丝的过热。