一种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法及装置，通过热处理过程控制过共析钢奥氏体微区碳浓度，利用过共析钢过冷奥氏体在进行珠光体转变前，已经在微区形成了碳浓度差，来提高其珠光体转变形核率，从而满足提高过共析钢中珠光体转变形核率，获得珠光体团尺寸细化的全片层珠光体组织。本发明专利技术能够通过热处理工艺与相变过程控制，在保证一定晶粒尺寸条件下实现对过共析钢珠光体团尺寸的细化，由此提高过共析碳素钢的塑性指标，满足过共析高碳珠光体线材冷拔加工需要。

A method and device for improving the nucleation rate of light body transformation of an hypereutectoid carbon steel ball

The invention discloses a method for increasing carbon hypereutectoid steel pearlite to deformation method and device for nucleation rate, through heat treatment process control over austenitic eutectoid steel micro carbon concentration, the use of hypereutectoid steel in undercooled austenite pearlite transformation, has been formed in the area of micro carbon concentration difference, to improve the transfer of deformed nuclei the rate of pearlite, so as to meet the increase in hypereutectoid steel pearlite to the nucleation rate, lamellar pearlite to obtain the size of pearlite refinement. The invention can process and phase change process control through the heat treatment, so as to ensure that refinement of hypereutectoid steel pearlite group the size of the grain size of certain conditions, thereby improving the plastic index of eutectoid carbon steel, to meet the needs of high carbon pearlitic eutectoid wire drawing process.

【技术实现步骤摘要】
一种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法及装置
本专利技术涉及金属线材微观组织性能控制领域，属于过共析钢金属制品加工领域。
技术介绍
珠光体是一种由渗碳体与铁素体片层交替排列的组织。其微观结构组织尺寸主要有原奥氏体晶粒尺寸，珠光体片层间距和珠光体团尺寸。过共析钢是指碳含量超过0.8％以上的碳素钢，其三相平衡温度为Ac1线，其碳在奥氏体中完全溶解度曲线为Accm线，Ac1温度与Accm温度之间为先共析渗碳体与奥氏体的两相区。相关珠光体微观组织尺寸与性能关系的研究工作主要是通过不同奥氏体化温度得到不同原奥氏体晶粒尺寸，再通过不同的等温温度或冷却速度来获得不同尺寸的片层间距等组织参量(即随过冷奥氏体等温温度的降低，其珠光体片层间距细化)。珠光体钢的强度主要受片层间距影响，而其塑韧性主要受晶粒尺寸和团尺寸影响[1-4]。但目前珠光体线材的生产制造过程中，只针对珠光体团尺寸的控制来说，还没有单一的控制手段。一般来说，原奥氏体晶粒细小，在相变过程中，能够提供形核位置的晶界密度较大，则其珠光体团的尺寸相对细小，而对于力学性能的改变，较难准确分辨是珠光体团尺寸细化的影响还是晶粒尺寸细化的影响。同时，根据Hall-Petch关系，屈服强度σ0.2将随晶粒的细化而增加，这一现象是完全不利于钢丝冷变形的需要的，因为钢丝制造需要通过冷拔变形来实现，屈服强度的提高会提高拔制卷线动力，从而加大设备负荷。特别是过共析钢，由于其碳含量较高，渗碳体含量高，渗碳体片层相对较厚，其强度高，变形困难，这就更需要通过细化珠光体团尺寸来满足塑性提高的要求。本专利技术的背景就在于此，上述背景中涉及以下参考文献。[1]ToribioJ,Relationshipbetweenmicrostructureandstrengthineutectoidsteels[J].MaterialsScienceandEngineeringA,2004,387–389:227-230。[2]ElwazriAM,WanjaraP,YueaS,Theeffectofmicrostructuralcharacteristicsofpearliteonthemechanicalpropertiesofhypereutectoidsteel[J].MaterialsScienceandEngineeringA,2005,404:91-98。[3]AkhmadAK,MutohaY,MiyashitaYetal.,Effectsofpearlitemorphologyandspecimenthicknessonfatiguecrackgrowthresistanceinferritic–pearliticsteels[J].MaterialsScienceandEngineeringA,2006,428:262-269。[4]NamWJ,BaeCM,OhSeiJ,etal.Effectofinterlamellarspacingoncementitedissolutionduringwiredrawingofpearliticsteelwires[J].ScriptaMater.,2000,42:457-463。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法及装置，通过热处理工艺与相变过程控制，在保证一定晶粒尺寸条件下实现对过共析钢珠光体团尺寸的细化，由此提高过共析碳素钢的塑性指标，满足过共析高碳珠光体线材冷拔加工需要。本专利技术的技术方案如下：首先，本专利技术的这种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法，是通过热处理过程控制过共析钢奥氏体微区碳浓度，利用过共析钢过冷奥氏体在进行珠光体转变前，已经在微区形成了碳浓度差，来提高其珠光体转变形核率，从而满足提高过共析钢中珠光体转变形核率，获得珠光体团尺寸细化的全片层珠光体组织。具体的，该方法包括如下步骤：步骤1，针对碳含量超过共析点的线材首先进行预处理，通过在线奥氏体加热后，快速冷却获得片层间距小于200nm的珠光体原始组织，完成预处理；步骤2，再次将线材快速加热到该过共析钢相变点Accm点以上10-100℃的奥氏体区保温5-300秒；然后再快速冷却到Accm以下以及Ac1以上的先共析渗碳体与奥氏体的两相区区域，保持1-200秒；再次将以上线材加热到Accm点以上10-100℃的奥氏体区保温5-300秒；进行以上加热冷却循环步骤2-5次，由此得到精细的微区碳成分差异；步骤3，完成以上循环后，将线材在在共析钢相变点Accm点以上30-100℃的奥氏体区保温5-300秒，然后快速冷却到Ac1温度以下常规珠光体转变温度500-600℃区间等温完成珠光体相变。其中，步骤1中所述预处理是将线材在利用电加热或是高频加热的方式，加热到完全奥氏体化温度Accm点到950℃的温度区间，利用压缩空气进行喷射冷却，压缩空气压力为0.2-0.8MPa，冷却时间为1-10秒。步骤2中所述加热冷却循环是指线材加热到Accm以上及冷却到Accm以下的升温降温是连续进行的；可以通过连续的线材加热及冷却装置来实现。步骤3中所述完成珠光体相变是指当完成上述循环后，在奥氏体状态Accm点以上30-100℃的奥氏体区保温5-300秒后，再快速冷却到500-600℃完成珠光体相变；其快速冷却可以通过压力为0.2-0.8MPa的压缩空气连续冷却来实现。进一步的，前述的连续的线材加热及冷却装置包括用于线材的加热部分和冷却部分；加热部分由直流电流在线加热装置，或采用高频加热的方式进行；冷却部分采用压缩空气进行冷却，其出口压力在0.2-0.8MPa，可以根据线材直径进行冷速调整；加热与冷却装置在生产线上进行周期性分布来满足循环加热的要求。本专利技术的一种用于实现上述方法的装置是这样的：该装置分为四个模块，即预处理模块，循环加热冷却模块，重复布置模块和快速冷却模块；处理时待处理线材依次穿过所述四个模块；在四个模块中均设有至少一个空气压缩机，该空气压缩机在每个模块中均位于待处理线材运动路线的上方，并且每个空气压缩机下方设有一个可调压冷却喷嘴，该可调压冷却喷嘴朝向待处理线材运动路线；在待处理线材运动路线下方设有用于带动待处理线材运动的运动导轮以及将上方传下来的冷却风向下一个模块中导送的导风槽。其中，运动导轮每两个作为一组，分别通过导线连接一个直流电发生器的正负极，组成正极线材运动导轮和负极线材运动导轮。本专利技术是通过在奥氏体微区实现高密度，细化的碳浓度不均匀区，来满足过冷奥氏体相变过程中“浓度起伏”的要求，从而降低相变阻力，提高相变形核率与转变速率，从而通过珠光体转变形核率与长大速度的增加，实现“珠光体团尺寸”的细化。本专利技术是利用在过共析钢Accm上下一定温度区间内反复加热冷却，利用先前预处理形成的珠光体组织，通过加热到Accm以上奥氏体化，然后再回到Accm以下Ac1以上区域析出先共析渗碳体的趋势，加快预处理过程中片状渗碳体的稳定性。从而在完全奥氏体温度区间短时保温过程中，碳浓度不会很快的均匀，由此在奥氏体温度下，在奥氏体中形成高密度的，细小的碳浓度不均匀区域，将该区域快速冷却到珠光体相变温度，由于高密度的不均匀碳浓度能够降低过冷奥氏体转变所需驱动力，因此其转变形核率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法，其特征在于：通过热处理过程控制过共析钢奥氏体微区碳浓度，利用过共析钢过冷奥氏体在进行珠光体转变前，已经在微区形成了碳浓度差，来提高其珠光体转变形核率，从而满足提高过共析钢中珠光体转变形核率，获得珠光体团尺寸细化的全片层珠光体组织。

【技术特征摘要】
1.一种提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法，其特征在于：通过热处理过程控制过共析钢奥氏体微区碳浓度，利用过共析钢过冷奥氏体在进行珠光体转变前，已经在微区形成了碳浓度差，来提高其珠光体转变形核率，从而满足提高过共析钢中珠光体转变形核率，获得珠光体团尺寸细化的全片层珠光体组织。2.根据权利要求1所述的提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1，针对碳含量超过共析点的线材首先进行预处理，通过在线奥氏体加热后，快速冷却获得片层间距小于200nm的珠光体原始组织，完成预处理；步骤2，再次将线材快速加热到该过共析钢相变点Accm点以上10-100℃的奥氏体区保温5-300秒；然后再快速冷却到Accm以下以及Ac1以上的先共析渗碳体与奥氏体的两相区区域，保持1-200秒；再次将以上线材加热到Accm点以上10-100℃的奥氏体区保温5-300秒；进行以上加热冷却循环步骤2-5次，由此得到精细的微区碳成分差异；步骤3，完成以上循环后，将线材在在共析钢相变点Accm点以上30-100℃的奥氏体区保温5-300秒，然后快速冷却到Ac1温度以下常规珠光体转变温度500-600℃区间等温完成珠光体相变。3.根据权利要求2所述的提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法，其特征在于：步骤1中所述预处理是将线材在利用电加热或是高频加热的方式，加热到完全奥氏体化温度Accm点到950℃的温度区间，利用压缩空气进行喷射冷却，压缩空气压力为0.2-0.8MPa，冷却时间为1-10秒。4.根据权利要求2所述的提高过共析碳素钢珠光体转变形核率的方法，其特征在于：步骤2中所述加热冷却循环是指线材加热到Accm...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宇，徐平伟，梁益龙，向嵩，欧枚桂，杨明，孟灿，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52