[發明專利]一種無脫碳層高碳鋼線材的生產方法

在審

• 申請號: 202111117132.9
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113862444A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 麻晗;王雷;喻智晨
• 申請（專利權）人: 張家港榮盛特鋼有限公司;江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司;江蘇沙鋼集團有限公司
• 主分類號: C21D1/74
• 分類號: C21D1/74;C21D1/34;C21D1/63;C21D6/00;C21D9/52;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/18
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 周淑歌

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種無脫碳層高碳鋼線材的生產方法。本發明提供的技術方案，通過增加氮氣小時使用量提高至爐膛容積的兩倍以上，降低甲醇及富碳氣的加入量，使CO的含量保持在2～6％之間，CH4含量控制在0.2～1.0％，即可達到盤條熱處理過程不產生脫碳的目的。此外，本發明所述的熱處理不同于傳統的熱處理，通過控制DV值可將其加熱時間控制在很短的時間內(小于15min)，遠短于傳統的滲碳或球化等熱處理過程，此時，氣氛中的碳勢不需要達到基體碳成分即可達到不脫碳的效果。此外，本發明的生產方法CO含量保持在2～6％，相比于常規方法，甲醇使用量可降低60％以上，且能避免出現盤條基體增碳的問題。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種無脫碳層高碳鋼線材的生產方法。

背景技術

高碳鋼線材一般是指碳含量在0.6～1.1％之間的線狀鋼材，其具有強度高、加工硬化率高、拉絲性能好等優點，廣泛應用于鋼絞線、纜索、鋼絲繩、鋼簾線、軸承、工具等領域。

脫碳層對高碳鋼線材的危害很大，首先，其會造成盤條力學性能的下降，同時降低了盤條截面組織的均勻性。其次，脫碳會導致疲勞強度的下降，研究表明，全脫碳會導致疲勞極限降低50％以上。再者，盤條表面的脫碳層會影響盤條后續的加工過程，脫碳會降低盤條拉拔前處理過程中磷化膜的形成速度，使磷化膜厚度變薄，惡化拉拔潤滑條件，可能導致拉拔缺陷的產生，影響其使用性能。因此，盤條表面的脫碳層深度必須得到嚴格控制。高碳鋼盤條因其碳含量在0.6％以上，就更容易導致脫碳的產生。

熱處理行業經常使用氮甲醇作為保護氣氛，氮－甲醇氣氛是指把特定比例的氮氣和甲醇(甲醇、氮氣以1L比1.1m³的比例)，直接通入高溫爐內，甲醇在爐內充分裂解并與氮氣混合，形成類似于吸熱式氣氛的稀釋保護氣氛，同時通入富化氣和空氣，通過控制富化氣(丙酮或丙烷等)和空氣的通斷調節碳勢。氮－甲醇氣氛能維持最高Cp0.4～0.6％的碳勢，一般用作中碳鋼光亮淬火時的保護氣氛或做可控氣氛滲碳時的載氣。氮-甲醇氣氛也叫2-4-4氣氛(20％CO，40％H₂，40％N₂)，但其氣氛中的CO必須達到10％以上，通常控制在20％。

使用現有技術方案對高碳鋼線材熱處理，因其CO必須控制在20％左右，會消耗大量甲醇使用量，同時如處理高碳鋼時氣氛碳勢保持到高碳鋼同等水平，需加入較多CH₄，此時非常容易引起因氣氛波動導致的滲碳。因需熱處理的高碳鋼線材碳含量通常在共析點以上，此時發生滲碳就會生成網狀滲碳體，使線材產生脆斷。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的熱處理甲烷消耗量大、容易滲碳使線材斷裂等缺陷，從而提供一種無脫碳層高碳鋼線材的生產方法。

本發明的設計原理為：

鋼是鐵碳合金，Fe在高溫下會與氧化性氣體發生反應而氧化，C在高溫下也會與O₂發生如下反應生成氣體，從而導致脫碳，涉及的反應式如下：

C+O₂＝2CO

C+O₂＝CO₂

鋼鐵零件在高溫加熱過程中是先脫碳，然后才氧化。另外，高溫下反應C+O₂＝2CO最先發生。因此，只需要得到該反應在加熱溫度下平衡狀態時的氧分壓，通過控制N₂、CH₄通入量調節氧分壓至平衡氧分壓之下就可能保證線材在熱處理過程中不產生脫碳，如線材在熱處理前有輕微脫碳也可起到表層補碳的作用，最終得到無脫碳層的盤條。

為此，本發明提供如下技術方案：

本發明提供一種無脫碳層高碳鋼線材的生產方法，包括如下步驟：