高碳钢在线盐浴热处理工艺

【摘 要】本文采用4种高碳钢盘条分别拉拔2种规格，利用硝酸盐盐浴处理，调整钢丝的盐温和炉温等热处理工艺，通过机械力学设备采用扫描电镜（SEM），研究了不同热处理工艺钢丝组织转变。结果表明工艺相同，盐温每升高5℃，钢丝强度降低5-10MPa，炉温每升高10℃，钢丝强度提高5-10MPa。成功开发了盐浴工艺，炉温935℃，盐温585℃情况下，批次黄丝强度1247±8MPa，单卷黄丝强度波动14MPa，拉拔后破断波动4.5N，强度波动83MPa，钢帘线断丝率降低1.2%，性能稳定。

【关键词】盐浴;组织;强度

引言

传统的钢帘线、切割钢丝多线热处理是铅浴淬火，铅淬火热处理过，环境污染严重。后期采用两段水浴热处理替代铅浴，水浴处理基于膜沸腾一核沸腾理论，钢丝表面会被迅速气化的水蒸气包裹，导致冷却速度下降，此时热传导主要以蒸气膜传热以及热辐射为主，通过提高水溶液的粘度，增加其表面张力，从而改变蒸气膜的性能，延长变沸腾膜阶段[1]。现代化工业应用的背景下，金刚线和钢帘线等领域对钢丝提出严格要求，生产过程和质量稳定性等要求十分严格。其中水浴工艺稳定性差，产品质量不可靠等问题需要解决。近年来盘条企业开发盐浴处理，可以得到与铅浴相同的组织和性能[2]。本文研究在线盐浴在钢帘线、切割钢丝等钢丝中间热处理工艺。

1 金刚线母线生产工艺

选用高碳钢盘条碳含量为0.7-1.02%，直径为5.5mm的原料，其化学成分如表1所示。经过盘条→粗拉→中拉→热处理（盐浴处理）→镀铜→湿拉（+捻股）工序。盐浴处理：放线+热处理炉+盐浴+清洗+收线，其中盐浴槽中的熔盐为硝酸钾和硝酸钠二元熔盐，且硝酸钾和硝酸钠的质量比为1～4：1～4。

2 实验方案

此次试验用高碳钢碳含量0.72%、0.82%、0.92%、1.02%，5.5mm盘条经过大拉和中拉到2.04mm和1.80mm，不同规格和碳含量同时生产。设计盐浴方案如下：

1）设定盐温分别是560℃、565℃、570℃、560℃、575℃、580℃、585℃、和590℃，其他工艺相同下生产钢丝;

2）设定炉温930℃、940℃、940℃、960℃、970℃，其他工艺相同下生产钢丝;

3 实验结果

3.1 不同盐液温度对钢丝性能影响

平衡转变点与实际转变点的温差为过冷度，通过改变盐液温度，改变转变过冷度，过冷度越小，转變温度越高，在过冷奥氏体的晶粒内或晶界上，形成的晶核数量减少，长大速度变慢，片层越厚，钢丝的强度降低，塑性增加。图1为不同盐液温度下生产钢丝性能趋势，图中可以看出，570～585℃盐液温度每升高5℃（过冷度降低5℃），钢丝强度降低10MPa，在565～570和585～590℃，强度波动5MPa。

3.2 碳含量对钢丝性能影响

相同工艺下，过共析钢随碳含量增加，C曲形左移，降低过冷奥氏体稳定性，钢丝强度增加。5区生产炉温960℃，A面1.80mm钢丝生产速度37m/min，B面2.04生产速度30m/min，对比相同工艺情况下，1.80HT、UT、MT碳含量每增加0.1%，钢丝强度增加110MPa;图2为不同碳含量片间距均值，可以看出1.80mm规格碳含量越高，片间距越小，2.04mm规格不明显;

3.3 线温对钢丝性能影响

生产速度、盐温不改变，炉温越高，奥氏体化温度越高，形成的奥氏体晶粒越粗大，奥氏体的成分也就越均匀，从而增加奥氏体的稳定性，使过冷奥氏体等温转变曲形右移。1.80UT、MT每升高10℃炉温，强度提升10MPa，1.80/2.04HT每升高10℃炉温，钢丝强度提升约8MPa，2.04NT每升高10℃炉温，钢丝强度提升5MPa。

对比不同炉温、不同盐温钢丝性能，确定炉温935℃，盐温585℃，生产黄丝150KG，帘线生产评估，图4和图5分别是盐浴和水浴生产黄丝显微组织，盐浴组织索氏体，无贝氏体等异常组织，偏见距100-110um，水浴索氏体95%，边缘部分有贝氏体异常组织。对比水冷与盐冷2.04HT黄丝，扭转高2转，铜损7.8%（正常8～12%），性能基本一致。

3.4性能稳定性

本次生产1批次，每盘150KG，2.04HT强度最大1255MPa，最小1239MPa，批次极差16MPa，生产2.04HT、NT黄丝每500米取样，重复取样9次，图5黄丝性能稳定性，2.04HT极差14MPa，2.04NT散差11MPa。2.04HT拉拔0.3mm单丝评估2+7，每盘取样图6单丝破断、强度趋势图，破断波动4.5N，强度波动83MPa。

常规BFM6料断丝率最高，总体断丝率为0.72次/吨;盐浴BFM9料断丝率最小为0.41次/吨，三类车台的模耗基本相同，约12.5个/吨;盐浴料的帘线断丝率5.5次/吨，常规料的帘线断丝率6.7次/吨，盐浴料帘线断丝低了1.2次/吨;

4 结论

本文通过对盐温和炉温等热处理工艺的探索，成功开发了盐浴工艺，炉温935℃，盐温585℃情况下，批次黄丝强度1247±8MPa，单卷黄丝强度波动14MPa，拉拔后破断波动4.5N，强度波动83MPa，钢帘线断丝率降低1.2%，性能稳定。工艺相同，盐温每升高5℃，钢丝强度降低5-10MPa，炉温每升高10℃，钢丝强度提高5-10MPa。

参考文献：

[1]沈涛.大过冷工艺下珠光提钢微观组织参量与力学性能及加工硬化的联系[D].贵州：贵州大学，2016

[2]朱龙.高速线材冷却新工艺[J].金属制品，1993，19（3）：17-19.

作者简介：

李龙（1986），男，汉族，硕士研究生，工程师，主要从事钢丝产品的技术和开发。

（作者单位：江苏宝钢精密钢丝有限公司）