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文檔簡介
2022/12/161一、控制軋制與線材的加熱特點二、控制冷卻三、脫碳層控制技術(shù)第一頁,共31頁。2022/12/162一、控制軋制與線材的加熱特點1、棒線材的控制軋制(CR)隨著線材軋制速度的提高,軋后控制冷卻成為必不可少的一部分。軋制溫度的控制主要取決于加熱溫度、開軋溫度。為滿足用戶對線材的高精度、高質(zhì)量要求,高速線材軋機得到發(fā)展。有的在高速線材精軋機組前增設(shè)預(yù)冷段(可降低軋件溫度100℃)及在精軋機組各機架間設(shè)水冷導(dǎo)衛(wèi)裝置,以降低軋件出精軋機組的溫度等。第二頁,共31頁。2、線材控溫軋制的優(yōu)點:
1)、減少脫碳;
2)、控制晶粒尺寸;
3)、改善鋼的冷變形性能;
4)、控制抗拉強度及顯微組織;
5)、取消熱處理及控制氧化鐵皮。第三頁,共31頁。2022/12/1643、棒線材的加熱:1)棒線材生產(chǎn)的特點產(chǎn)品特點:斷面小,長度大,尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高。第四頁,共31頁。生產(chǎn)特點:增大盤重、減小線徑和提高質(zhì)量、精度二者是相互矛盾的。這是由于盤重增加和線徑減小,導(dǎo)致軋件長度和軋制時間增加,從而又使軋件終軋溫度降低,首尾溫差加大,結(jié)果造成軋件首尾尺寸公差和性能不均。
為解決上述矛盾,必須盡量增加軋制速度。目前線材軋機成品出口速度已達100m/s以上。
線材軋機的高速是通過小輥徑、高轉(zhuǎn)速得到的。目前新式線材精軋機軋輥輥徑僅為φ152mm,而軋制速度高達140m/s。
2022/12/165第五頁,共31頁。2022/12/1662)現(xiàn)代化高速棒線材軋機的特點及要求
特點:坯重大,坯料 長,首尾溫差大。第六頁,共31頁。
要求:
加熱溫度均勻,溫度波動范圍小。理想的加熱溫度是鋼坯各點到達第一架軋機時其軋制溫度始終一樣。
對高碳鋼而言,一般開軋溫度為900~1050℃,精軋機組入口軋件溫度為900~950℃,出口軋件溫度為900~1050℃。2022/12/167第七頁,共31頁。2022/12/168第八頁,共31頁。2022/12/1693)采取方法及加熱的要求
采用步進式加熱爐加熱。要求:1)氧化脫碳少;
2)鋼坯不發(fā)生扭曲;
3)不產(chǎn)生過熱、過燒等加熱缺陷,對易脫碳的鋼,要嚴格控制高溫段的停留時間,采取低溫、快熱,為減少軋制溫降,加熱爐應(yīng)盡量靠近軋機。通常是將鋼坯兩端的溫度提高一些,通常鋼坯兩端比中部加熱溫度高30~50℃。第九頁,共31頁。2022/12/1610二、棒線材生產(chǎn)中的控制冷卻1、
控制冷卻的原理:
所謂控制冷卻,就是利用熱軋后的軋件余熱,以一定的控制手段控制其冷卻速度,從而獲得所需要的組織和性能的冷卻方法。
在線材生產(chǎn)過程中,線材軋后冷卻的溫度和冷卻速度決定了線材內(nèi)在組織、力學(xué)性能及表面氧化鐵皮數(shù)量,對產(chǎn)品質(zhì)量有極其重要的影響,所以線材軋后如何冷卻,是產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。第十頁,共31頁。
現(xiàn)代化的高速線材軋機:終軋速度高達100m/s以上;終軋溫度高于1000℃,盤重達到2~3噸。如果采用自然冷卻,不僅使冷卻時間加長,廠房、設(shè)備增大,而且會加劇盤卷內(nèi)外溫差,導(dǎo)致冷卻極不均勻;并使得成品組織晶粒粗大而不均勻;表面氧化鐵皮過厚;線材全長上的性能波動較大。對于中高碳鋼的線材,冷卻緩慢還容易引起二次脫碳。
因此,對高速線材軋機,為了克服上述缺陷,提高產(chǎn)品質(zhì)量,實現(xiàn)熱軋后的控制冷卻是必不可少的。2022/12/1611第十一頁,共31頁。2、線材控制冷卻的主要優(yōu)點(1)提高了線材的綜合機械性能,改善其在長度方向上的均勻性;(2)改善金相組織,使晶粒細化;(3)減少氧化損失,縮短酸洗時間;(4)降低線材軋后溫度,提高產(chǎn)品質(zhì)量,有利于線材二次加工。第十二頁,共31頁。2022/12/1613三、脫碳層的控制技術(shù)1、脫碳層的基本概述:1)脫碳現(xiàn)象
脫碳是鋼加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。鋼中碳在高溫下會與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳。加熱造成的脫碳保留到鋼材上就稱之為脫碳缺陷。鋼材表面脫碳層厚度稱為脫碳層深度。
第十三頁,共31頁。
2)脫碳與氧化
鋼鐵在加熱的情況下,表面同時發(fā)生兩種化學(xué)變化。a:脫碳。b:氧化。
當(dāng)環(huán)境中氧氣含量充分時,氧化程度要大于脫碳,表面就形成氧化皮,如鍛造過程中出現(xiàn)的大面積氧化皮。隨著加熱溫度的提高,脫碳層的深度不斷增加。一般低于1000℃時,鋼表面的氧化皮阻礙碳的擴散,脫碳比氧化慢,但隨著溫度升高,一方面氧化皮形成速度增加;另一方面氧化皮下碳的擴散速度也加快,此時氧化皮失去保護能力,達到某一溫度后脫碳反而比氧化快。2022/12/1614第十四頁,共31頁。2022/12/1615脫碳層示意圖第十五頁,共31頁。2022/12/16163)脫碳層存在的危害
脫碳層的形成,對主要的中高碳鋼棒線材如滾動軸承鋼、工具鋼和彈簧鋼等,對其抗拉強度,尤其是疲勞強度將產(chǎn)生嚴重的影響。
原因如下:(1)表面脫碳后,脫碳的表面層形成犬牙狀鐵素體嵌入基體中,降低表面硬度;
(2)內(nèi)外膨脹系數(shù)不同,淬火時容易出現(xiàn)裂紋;(3)用于冷拉的線材,由于內(nèi)外組織差異,會增加變形抗力;(4)一些對表面硬度要求高的零件,因脫碳降低其耐磨性、切削性和彈性等。故對中高碳鋼棒線材,應(yīng)嚴格控制其表面脫碳層的深度。第十六頁,共31頁。2022/12/16172、脫碳層的檢測
1)常規(guī)的檢測方法及特點
目前,鋼表面脫碳層深度的檢測方法主要有金相法、硬度法和化學(xué)法。這三種方法能夠有效地運用于脫碳層深度檢測,且比較成熟,同時存在一些缺點。A、金相法
理論依據(jù)是碳與顯微組織的相關(guān)性,即碳含量的差異可引起顯微組織的明顯變化。實際上,碳與顯微組織的相關(guān)性受到很多因素的影響,由此引起測量誤差。第十七頁,共31頁。2022/12/1618第十八頁,共31頁。B、硬度法利用含碳量與鋼在熱處理后硬度存在相關(guān)性的原理測定脫碳層深度,由于這種相關(guān)性只有在一定的含碳量范圍內(nèi)才是顯著的,因此其適用性受到限制。C、化學(xué)法
通過測定表面不同層的含碳量來測定脫碳層深度的,操作復(fù)雜,誤差大,不適用于生產(chǎn)檢驗。
共同點:三種方法的共同問題是檢驗的破壞性,無法實現(xiàn)100%檢測,也無法實現(xiàn)現(xiàn)場檢測。第十九頁,共31頁。A、利用菲克擴散定律計算脫碳層厚度相關(guān)文獻在大量生產(chǎn)和試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,對碳素鋼在高溫有氧環(huán)境中脫碳動力學(xué)問題進行探討,采用菲克擴散定律,推導(dǎo)出碳素鋼脫碳層厚度與表層碳濃度、溫度和時間的理論公式:
C/C0=erf﹛x/2.83[exp﹙1.68/T﹚t]1/2﹜式中:x—脫碳層深度,mm;t—時間,h;
C0—鋼中含碳量,wt%;R—(氣體常數(shù)),R=8.314;T—絕對溫度,K;C—鋼表面的含碳量(實驗測定)。2)脫碳層的新檢測方法
第二十頁,共31頁。2022/12/1621當(dāng)含碳量為0.45%,T=973K,
保溫8h時,
可由上式得到圖1,
由圖1能夠得到預(yù)測公式。
第二十一頁,共31頁。2022/12/1622
此方法的實際意義:
(1)解決了一直困擾工業(yè)中的脫碳層的厚度無法定量計算問題。結(jié)束了傳統(tǒng)的不合理的金相法或硬度法定性的留余量。(2)對大型零件在有氧氣氛中加熱和保溫,
給出了留余量的計算依據(jù),以便節(jié)約材料和降低成本。對生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用。
結(jié)論:隨著表層碳含量的增加,
鋼的脫碳層厚度隨之增加。第二十二頁,共31頁。B、脫碳層深度的無損檢測
2022/12/1623a、對淬火—回火的直徑變化進行探究
相關(guān)文獻研究了脫碳層深度和彈簧鋼件熱處理前后尺寸變化關(guān)系,提出一種對彈簧鋼脫碳層深度進行無損檢測的方法。
結(jié)果表明:脫碳層深度和彈簧鋼件熱處理前后尺寸存在關(guān)系,脫碳層深度從0.1mm增加到0.4mm的過程中,彈簧鋼試樣直徑增加0.0545mm。
因此,由彈簧鋼直徑變化的數(shù)值能夠間接地檢測彈簧鋼脫碳層深度。第二十三頁,共31頁。2022/12/1624第二十四頁,共31頁。b、理論基礎(chǔ)
熱處理后的金相組織分為表層和心部兩大部分。心部是碳含量正常的回火屈氏體組織;表層為脫碳層,其組織為純鐵素體。彈簧鋼件進行淬火-回火處理時,由于產(chǎn)生組織變化而引起尺寸變化。
淬火生成馬氏體時發(fā)生膨脹;回火引起的馬氏體的分解,造成尺寸收縮,
但若以淬火前的狀態(tài)為基準(zhǔn),經(jīng)過淬火-回火后的綜合尺寸變化最終是膨脹的,且馬氏體的含碳量越高,最終的尺寸膨脹變化越大。
可見,表面脫碳層的深度和馬氏體的含碳量存在一定關(guān)系。
第二十五頁,共31頁。2022/12/16263、脫碳層的控制技術(shù)1)生產(chǎn)設(shè)備的影響
對于中高碳鋼及其棒線材產(chǎn)品,由于含碳量高,
鋼坯加熱過程氧化、脫碳較嚴重。國外主要重軌生產(chǎn)廠,鋼坯加熱設(shè)備均采用計算機控制的步進梁式加熱爐;國內(nèi)部分重軌生產(chǎn)廠加熱設(shè)備采用推鋼式連續(xù)加熱爐,步進梁式加熱爐操作靈活,能夠控制鋼坯在加熱爐內(nèi)不同位置處的加熱時間。進而保證產(chǎn)品質(zhì)量。第二十六頁,共31頁。2)工藝參數(shù)對棒線材脫碳層深度的影響2022/12/1627A、加熱時間
采用數(shù)學(xué)回歸法回歸為如下方程:y=-0.383+0.0433t1/2r=0.956式中:y—脫碳層深度,mm;t—加熱時間,min。加熱爐內(nèi)鋼坯加熱時間越長,鋼軌的脫碳層深度越趨加厚,且脫碳層深度與鋼坯加熱時間的平方根成正比。
第二十七頁,共31頁。2022/12/1628第二十八頁,共31頁。
鋼坯加熱溫度與脫碳層深度直接相關(guān)。在相同的加熱時間下,加熱爐爐溫越高,鋼軌脫碳層越趨加深。這主要是鋼坯加熱溫度大于950℃時,脫碳層深度隨加熱溫度的升高而顯著增加。因此,加熱重軌鋼時,在滿足軋制溫度要求的條件下,應(yīng)盡量降低鋼坯的加熱溫度。
C、爐內(nèi)氣氛
在加熱爐均熱段為還原性氣氛下,由加熱鋼坯軋成的鋼軌,
其脫碳層深度均≤0.5mm,
這主要是因為在均熱段鋼坯加熱溫度較高,
此時將均熱段空氣消耗系數(shù)控制在1.0以下,
保持高溫段爐內(nèi)氣氛為還原性氣氛,有
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