鋼鐵耐磨材料熱處理特性(中)_圖文

1、 1鋼鐵耐磨材料熱處理特性(中篇王定祥(青島華昆港機(jī)耐磨鑄鋼有限公司E-mail:wangdx25615 熱處理爐熱處理爐是實(shí)現(xiàn)熱處理工藝的設(shè)備,其先進(jìn)性保 證耐磨材料鑄件產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。鋼鐵耐磨材料機(jī) 械化與自動化生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)離不開先進(jìn)的熱處理爐。常用的熱處理爐有連續(xù)熱處理爐與周期熱處理 爐,熱源通常為電、天然氣與煤氣。連續(xù)熱處理爐的爐膛為貫通式,多為直線貫通,亦 有環(huán)形貫通,若干鑄件(或料盤順序地通過爐膛。熱處 理工藝是沿爐膛長度方向設(shè)置的,運(yùn)行長度則為工藝 時間。因此,每一鑄件(或料盤在爐內(nèi)運(yùn)行過程都同樣 準(zhǔn)確地按同一工藝而獲得同一性的品質(zhì)。爐子結(jié)構(gòu)復(fù) 雜,鑄件產(chǎn)品穩(wěn)定性好。周期熱處理

2、爐一般為單一爐膛結(jié)構(gòu),鑄件按一爐 量裝入與出爐,在爐內(nèi)固定位置上周期地完成一個工 藝,結(jié)構(gòu)簡單,鑄件產(chǎn)品的穩(wěn)定性、同一性差。爐型的選用是由鋼鐵耐磨材料產(chǎn)品的品種與產(chǎn) 量決定的。耐磨鑄件品種單一、規(guī)格呈系列、產(chǎn)量在 三千噸以上適合選用連續(xù)熱處理爐。耐磨鑄球產(chǎn)量達(dá) 到此規(guī)模的企業(yè)的磨球生產(chǎn)線都是選用連續(xù)熱處理 爐,其爐型多為推桿式爐及隧道窯車式爐等。連續(xù)熱 處理爐型還有步進(jìn)式爐、輥底式爐、輸送帶式爐、振 底式爐等。連續(xù)熱處理爐要求三班作業(yè)連續(xù)生產(chǎn),只 有在檢修期間停爐。周期熱處理爐,周期與周期之間 爐子是不工作的。對于耐磨鑄件產(chǎn)品品種多、規(guī)格不摘要:我國鋼鐵耐磨材料的發(fā)展是從冶金、建材、電力、建筑

3、、鐵路、軍工、船舶、煤炭、化工和機(jī)械 等行業(yè)當(dāng)中的耐磨損零部件的析出而聯(lián)合形成的專業(yè)化產(chǎn)業(yè),生產(chǎn)耐磨材料的企業(yè)達(dá)到上萬家,而它又不統(tǒng)屬于 獨(dú)立的某個部門。鋼鐵耐磨材料的熱處理又不同于汽車、火車、飛機(jī)、輪船、機(jī)床、農(nóng)具、汽輪機(jī)、紡織機(jī)、 柴油機(jī)、起重機(jī)以及工模具的熱處理。對共性熱處理的優(yōu)化選擇與發(fā)展形成了具有特性的鋼鐵耐磨材料熱處 理。本文從這一產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域闡述鋼鐵耐磨材料熱處理特性。關(guān)鍵詞:鋼鐵;耐磨材料;熱處理;特性 一、批量少,則不宜選用連續(xù)熱處理爐,這就是大多數(shù) 生產(chǎn)球磨機(jī)襯板、錘式破碎機(jī)錘頭、反擊式破碎機(jī)板 錘、顎式破碎機(jī)顎板及立磨磨輥及襯板的企業(yè)只選 用周期熱處理爐的原因,這也是連續(xù)熱處

4、理爐的機(jī)械 化自動化程度較高,而周期熱處理爐機(jī)械化自動化程 度較低的原因。周期熱處理爐有罩式爐、臺車式電阻 爐、臺車式煤氣爐、井式電阻爐、井式回火電阻爐、臺 車式回火電阻爐、箱式電阻爐、油浴爐、硝鹽槽等。幾種周期熱處理爐爐膛溫差如表7。爐膛溫差小, 對鑄件氧化少是選擇爐型的主要因素之一。罩式爐的 密封結(jié)構(gòu)緊密,爐膛溫差小,可實(shí)現(xiàn)在3以內(nèi),氧化程 度少。臺車式電阻爐爐門為升降式,爐膛與臺車之間 密封裝置為砂封或雙層砂封,密封程度比罩式爐差,爐 門與爐膛密封性差,氧化較嚴(yán)重。單層砂封的爐膛溫 差在±10內(nèi),雙砂封的爐膛溫差可達(dá)±5內(nèi)。臺車 式煤氣爐無內(nèi)罩,燒嘴在爐底或兩側(cè)上部錯

5、開對噴,爐 門、爐膛與臺車密封用單層砂封,所以溫差在±10 以內(nèi)。筆者對臺車式燃煤爐曾實(shí)測爐門下部與火焰反 射孔位置溫差150,溫差太大,密封性最差,氧化程度 嚴(yán)重,在處理高錳鋼時,氧化皮可達(dá)1.5mm以上,脫碳 層0.8mm以上,不能保障鑄件熱處理質(zhì)量。密封性好 的鑄件氧化少,密封性差的鑄件氧化程度大?？梢?周 期熱處理爐中以罩式爐爐膛溫度差最小,以臺車式燃 煤爐膛溫差最大。表7 幾種周期熱處理爐爐膛溫差 25.1 罩式爐應(yīng)鄭州鼎盛工程技術(shù)有限公司盧洪波總經(jīng)理之邀,于2008年6月9日對鄭州洪威工業(yè)有限公司與江蘇丹陽華信工業(yè)電爐有限公司合作生產(chǎn)的RT2-110-12型全纖維罩式臺車

6、電阻爐爐膛溫差,在1090工作溫度進(jìn)行監(jiān)測。爐膛內(nèi)以爐膛頂部、爐膛東墻前后部與爐膛兩墻前后部共5點(diǎn)同時測溫,測量結(jié)果是溫差在3以內(nèi)。爐子外墻表面溫度50,但爐后墻電阻絲引出棒處以及爐頂熱電偶插入孔處墻表面溫度稍高些。罩式爐爐膛內(nèi)溫差之所以較小系罩體與臺車間密封結(jié)構(gòu)好、爐墻隔熱性能好所致。臺車電阻爐爐膛溫度大是由于砂封槽結(jié)構(gòu)與爐門間隙密封結(jié)構(gòu)散溫所致。RT2-110-12型罩式臺車電阻爐技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)數(shù)據(jù)如表8。RT2-110-12全纖維罩式臺車電阻爐罩式爐見圖3。圖中是鋼鐵耐磨鑄件正在出爐淬火。駐馬店市中集華駿鑄造有限公司總經(jīng)理周立剛首先 將罩式爐應(yīng)用在鋼鐵耐磨材料產(chǎn)業(yè)。該公司RT3-150-

7、12型罩式翻轉(zhuǎn)臺車電阻爐見圖4,尺寸2m×1m×0.8m,功率 150kW,最高工作溫度1200,裝爐量2.5t。圖片中顯示4臺。該公司的RT-3-330-12型全纖維帶爐門罩式臺車電 阻爐見圖5,爐膛尺寸3m×1.5m×1.2m,功率330kW,最高 工作溫度1200,臺車形式為固定式。圖中為耐磨鑄件正 吊入淬火槽中淬火。 表8 RT2-110-12型罩式臺車電阻爐技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)數(shù)據(jù) 圖3 RT2-110-12全纖維罩式臺車電阻爐 圖4 RT3-150-12型全纖維罩式翻轉(zhuǎn)臺車電阻爐 圖5 RT3-330-12型全纖維帶爐門罩式臺車電阻爐 5.2 全纖

8、維臺車電阻爐筆者于2010年9月7日訪問了冀東水泥集團(tuán)唐山 盾石機(jī)械制造有限責(zé)任公司熱處理車間。盾石機(jī)械制 造有限責(zé)任公司前身系唐山水泥機(jī)械廠,筆者于1961年大學(xué)畢業(yè)分配到此工作27年。筆者看到了在1981年 與賈存玉高工、周以粵高工設(shè)計建成的700kW全纖維 臺車電阻爐,該爐當(dāng)時是我國第一臺最大功率的全纖 維臺車電阻爐,設(shè)計成果曾在華北地區(qū)熱處理經(jīng)驗(yàn)交 流會交流,爐子論文在“金屬熱處理”雜志刊登,投產(chǎn) 消息在“唐山勞動日報”報導(dǎo)。該爐生產(chǎn)使用30年還 在繼續(xù)服役,稱為“壽星爐”?，F(xiàn)將RT3-700-10型 3700kW全纖維臺車電阻爐主要技術(shù)指標(biāo)列如表9。 表9 RT3-700-10型全纖

9、維臺車電阻爐主要技術(shù)指標(biāo)該爐爐膛設(shè)計為“扁方”形,除可用于耐磨合金 鋼淬火、退火、正火、回火之外,設(shè)計考慮解決水泥 回轉(zhuǎn)窯輪帶、球磨機(jī)齒輪、齒圈的熱處理,用于不超 過4.5m之齒輪、齒圈與輪帶進(jìn)行熱處理。該爐爐 膛頂部設(shè)計有二臺風(fēng)扇,主要是適用回火的需要,既是 淬火、退火、正火爐,又是回火爐,一爐多用。該爐與耐火磚爐對比有如下特點(diǎn):技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好,具有爐體小、重量輕、耗電 省、效率高、操作方便、性能好等特點(diǎn)。爐子生產(chǎn)能力高,鑄件淬火后停爐,爐膛冷卻速 度快,淬火鑄件可及時使用該爐回火,縮短淬火與回火 之間停留時間,提高生產(chǎn)率35%,適合一爐多用。爐內(nèi)溫度能滿足控溫精度±5要求。 全纖

10、維爐襯使空爐升溫時間縮短,減少空載損 耗,節(jié)電15.5%。全纖維爐襯重量輕、無推力、爐殼骨架、爐門 及平衡錘重量減輕,節(jié)約筑爐材料30%。全纖維爐襯體積減小,爐子占用空間縮小20%。 爐子總重減輕18%。缺點(diǎn)是硅酸鋁耐火纖維強(qiáng)度低,爐襯易損壞。 2010年9月7日拍攝的700kW全纖維臺車電阻爐見 圖6及圖7。700kW全纖維臺車電阻爐及配套均為100t 圖6 700kW全纖維臺車電阻爐 圖7 全纖維臺車電阻爐及配套淬火水槽、淬火油槽淬火水槽,淬火油槽。從圖7可見,左前方為700kW爐 門架,右側(cè)二個大槽子為100t淬火水槽及100t淬火油 槽,可供裝爐量為10t的耐磨鑄件淬火用。淬火油槽及

11、水槽口平面在地面1.8m的平臺上,700kW全纖維臺車 電阻爐的臺車位置在地面上。 5.3 煤氣臺車爐鋼鐵耐磨材料企業(yè)發(fā)展的多元化以及對耐磨鑄件 產(chǎn)品設(shè)備的配套生產(chǎn),對熱處理爐的要求愈來愈大,先 進(jìn)的熱處理爐為鋼鐵耐磨材料企業(yè)提供了廣闊的發(fā)展 空間。熱處理電阻爐的大型化受到供電的限制,大型 煤氣熱處理爐不受電的限制,適應(yīng)高速發(fā)展唐山盾石機(jī)械制造有限責(zé)任公司的燃?xì)馐脚_ 車 爐 如 圖 8, 圖 9為 燃 氣 式 臺 車 爐 燒 嘴 。 爐 子 型 號 為NCL2001-868,額定耗氣:8820m3/h,額定溫 度:1000,爐膛尺寸:10×7×4m;控制溫區(qū)14區(qū), 爐子質(zhì)

12、量:235t。河北海鉞耐磨材料科技有限公司的 100t熱處理爐如圖10。此類大型熱處理爐多為大型鑄 件退火用。 45.3 等溫淬火熱處理設(shè)備中國鑄造協(xié)會耐磨鑄件分會近期在河北省唐山市組織舉辦了“第一屆耐磨行業(yè)心連心聯(lián)誼活動”,到河北遷西奧迪愛機(jī)械鑄造有限公司參觀交流和訪問, 與ADI、CADI等溫淬火球墨鑄鐵熱處理設(shè)備近距離 接觸。該設(shè)備在鹽熔淬火爐領(lǐng)域處于世界先進(jìn)水平。 一臺ADI、CADI等溫淬火熱處理設(shè)備年產(chǎn)量為一萬 噸。ADI、CADI等溫淬火熱處理設(shè)備為保護(hù)氣氛爐, 等溫淬火熱處理設(shè)備見圖11,等溫淬火熱處理設(shè)備爐 門裝置見圖12。熱源為天然氣,爐后有天然氣發(fā)生爐 裝置?？繝t門處為預(yù)

13、熱區(qū),爐膛處為工作溫度。 圖8 燃?xì)馐脚_車爐 圖9 燃?xì)馐脚_車爐燒嘴 圖10 100t熱處理爐圖12 等溫淬火熱處理設(shè)備爐門裝置 圖11 等溫淬火熱處理設(shè)備預(yù)熱低溫區(qū)約250-400,工作溫度按鑄件材 料而定,在790-930,最高操作溫度980。淬 火槽采用專利冷卻技術(shù),使鑄件淬火深度達(dá)152mm 以上。每爐處理量高可達(dá)2.73噸,有效鑄件尺寸為 914mm×1828mm×1422mm。整體工藝流程、控制 管理都由UBQPC系統(tǒng)自動化控制,人工操作簡單。鑄 5件從爐門進(jìn)入低溫區(qū)保溫完畢被輸送至工作溫度區(qū), 保溫時間按鑄件裝爐量與尺寸決定,大約2-2.5小時。 爐門四角處有

14、四支燃燒小火柱,以防鑄件裝爐時爐內(nèi) 保護(hù)氣體外泄以及爐外空氣進(jìn)入混合發(fā)生爆炸。鑄件 裝爐用料盤,見圖13,左為曲軸料盤,右為鑄球料盤。中發(fā)鋼球有限責(zé)任公司生產(chǎn)鉻合金鑄造磨球用連續(xù)式 電加熱隧道熱處理爐見圖15。安徽省寧國誠信耐磨材 料有限公司生產(chǎn)熱處理鉻合金鑄造磨球用風(fēng)淬熱處理 爐見圖16,油淬熱處理爐見圖17。 圖13 鑄件裝爐料盤鑄件在爐膛工作區(qū)保溫完畢下降至等溫槽中等 溫淬火。等溫槽中硝鹽量為70噸(硝鹽量為裝爐量與 料盤質(zhì)量的20倍。在硝鹽槽的表面有噴水裝置加 (H2O=0.2%過飽和水以增加淬火的冷卻速度。等 溫槽內(nèi)鹽浴的溫度根據(jù)鑄件淬火對顯微組織的要求而 定,如要求得到上貝氏體,等

15、溫溫度約在370-420 之間,曲軸即是要求得到上貝氏體。如要求得到下貝 氏體,則等溫溫度不高于370,還可獲得部分馬氏體, 鑄球即是要求得到有碳化物的下貝氏體。等溫槽置于 地下室的工程內(nèi)。槽子四周及底部為專利冷卻技術(shù), 是用深度冷卻氣體由進(jìn)到排出循環(huán)冷卻,在硝鹽槽四 周按不同部位以九點(diǎn)測溫控制溫度,采用電腦控制系 統(tǒng),確保淬火鑄件迅速冷卻至等溫溫度,可使硝鹽槽的 溫差確保在±3以內(nèi)。鑄件在硝鹽槽內(nèi)等溫約2小時 出槽,不需回火,經(jīng)清洗機(jī)生產(chǎn)出成品。 5.5 連續(xù)熱處理爐推桿式連續(xù)熱處理爐依靠推料機(jī)間隙地把放在 軌道上的若干料盤(料盤內(nèi)裝鑄件推入爐內(nèi)或推出爐 外。鑄件在出爐淬火時料盤傾

16、倒,鑄件倒出進(jìn)入淬火 槽,或者鑄件隨同料盤進(jìn)入淬火槽冷卻。安徽寧國市 四方鋼球模具設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的功率480kW, 額定溫度1000推桿式連續(xù)熱處理爐見圖14。采用 PLC智能化自動程序控制,觸摸屏操作顯示工藝流程, 分段連續(xù)加熱,出爐、翻料、滾動自動調(diào)節(jié)、液壓平 穩(wěn)加載。隧道連續(xù)熱處理爐是將鑄件放在臺車上,將若干 臺車依次從爐頭推入爐內(nèi),經(jīng)過預(yù)熱段,保溫段從爐尾 出爐,經(jīng)臺車翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將鑄件倒出進(jìn)入淬火槽。北京圖14 推桿式熱處理爐 圖15 連續(xù)式電加熱隧道熱處理爐圖17 油淬連續(xù)熱處理爐 圖16 風(fēng)淬連續(xù)熱處理爐5.6 臺車爐對翻車與不翻的選擇臺車爐的臺車有翻車與固定兩種。如何選用?

17、翻車可以做固定的使用,而固定的則不能翻車。用固 定的選擇翻車造成了機(jī)構(gòu)的閑置。翻車與固定的選 擇要以鋼鐵耐磨鑄件熱處理工藝過程中達(dá)到力學(xué)性 能與金相組織的技術(shù)要求而定。熱處理工藝過程中 耐磨鑄件在淬火時有臺車翻車的形式,也有料盤的形 式,也有吊捆的形式,也有在臺車上冷卻的形式。這四 種形式中后三種肯定是用臺車固定不翻的。翻車淬火 對耐磨鑄件的質(zhì)量怎樣,現(xiàn)對淬火過程剖析一下。鋼 鐵耐磨鑄件進(jìn)行淬火時以淬水、淬油以及淬入冷卻介 質(zhì)的較多,當(dāng)鋼鐵耐磨鑄件有序的擱置在臺車上在爐 內(nèi)加熱保溫終了開出爐外到淬火槽旁,啟動臺車固定架液壓桿將臺車面頂向一側(cè)傾斜至57時鋼鐵耐磨鑄 件沿臺車面滑落于淬火槽,呈“金

18、字塔”形堆疊散落 在底部?！敖鹱炙敝邢虏棵芗询B,也有零星散落 在“金字塔”周圍的。以淬水為例分析密集堆疊的耐 磨鑄件在冷卻的三個階段:第一階段的蒸氣膜不能迅 速打破、熱傳導(dǎo)不良冷卻緩慢;在冷卻的第二階段水 被汽化沸騰速度不快;冷卻速度在不能超過臨界冷卻 速度,躲不開C曲線的牛鼻子尖時則不能獲得淬火顯 微組織。鋼鐵耐磨鑄件有的在“金字塔”中、下部, 也有的在“金字塔”上面與表面的,也有散落在“金 字塔”形周邊的,其部位不同冷卻速度不同,得到的顯 微組織不同,因而力學(xué)性能也不同。從而鋼鐵耐磨鑄 件硬度有的合格有的不合格。淬火槽內(nèi)裝置螺旋槳攪 拌機(jī)或者在淬火槽底部裝置噴射管對著“金字塔”強(qiáng) 力噴射冷的淬火介質(zhì)均對“金字塔”中部的鑄件不能 產(chǎn)生冷透的效果。如何解決？方法之一是增加淬火槽 的深度。目前的淬火槽深度一般在3m左右,翻車入槽 的鑄件路程較短,如果增加淬火槽深度使鑄件在淬火 槽中路程長到保證鑄件冷透。實(shí)現(xiàn)在冷卻的三個階段 中的一、二階段蒸汽膜打破、汽化沸騰速度快,冷卻 速度躲過C曲線鼻子尖,則可獲得正