電渣軸承鋼球化退火過程中脫碳超標(biāo)產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施
電渣軸承鋼球化退火過程中脫碳超標(biāo)產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施
摘 要 本文依據(jù)鋼材熱處理時(shí)產(chǎn)生氧化和脫碳的基本原理，結(jié)合XX公司現(xiàn)有罩式退火爐對(duì)軸承鋼進(jìn)行冷拔坯料球化退火的特點(diǎn)，對(duì)軸承鋼（GCr15）冷拔材產(chǎn)生脫碳超標(biāo)原因進(jìn)行了分析，并制定了能夠滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞 電渣軸承；鋼球化退火；脫碳超標(biāo)；對(duì)策；分析
0引言
電渣軸承鋼是用于制造滾動(dòng)軸承（滾珠）的主要鋼材，XX公司有三十余年生產(chǎn)軸承鋼的歷史，是國(guó)內(nèi)軸承鋼主要生產(chǎn)基地之一，本公司所采用電爐+LF爐外精煉+VD真空脫氣+ESR電渣重溶雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的鐵路貨車用滾動(dòng)軸承用鋼和高精度冷拔百度搜索：99建筑網(wǎng),查看數(shù)百萬(wàn)資料
四、六級(jí)品，一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，它是鐵道部指定的四家鐵路貨車軸承用鋼定點(diǎn)生產(chǎn)廠家之一，電渣軸承鋼的銷售量占全國(guó)鐵路貨車軸承用鋼約占50%。然而，因軸承鋼脫碳超標(biāo)必須采用車削工藝生產(chǎn)從而影響了成材率及生產(chǎn)成本，另一方面軸承鋼冷拔材脫碳用戶復(fù)檢合格率低。因此，用戶提出了脫碳超標(biāo)異議，用戶要求退貨及索賠，這方面嚴(yán)重影響了公司產(chǎn)品的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益的提升，本文依據(jù)鋼材熱處理產(chǎn)生脫碳的基本原理，并根據(jù)XX公司生產(chǎn)實(shí)際情況驗(yàn)證，從中找到了電渣軸承鋼球化退火產(chǎn)生脫碳的原因，并依此制定出了行之有效的改進(jìn)措施。脫碳會(huì)降低鋼材的淬火硬度和耐磨性，所以對(duì)于高硬度狀態(tài)使用的軸承鋼是非常有害的缺陷，同時(shí)，脫碳后任何熱處理狀態(tài)的鋼材的疲勞強(qiáng)度都會(huì)降低，所以，受循環(huán)載荷的鐵路貨車用軸承鋼（滾珠）必須防止脫碳。
1原因分析
1.1脫碳的產(chǎn)生原因
二氧化碳和水蒸汽對(duì)鋼是氧化性的，所以鋼在含有氣體的氣氛中加熱，會(huì)按下式發(fā)生反應(yīng)而生成氧化皮：
這些氣體還會(huì)與鋼中的碳按下式反應(yīng)而引起脫碳：
1.2表面脫碳超標(biāo)產(chǎn)生原因
從鋼的脫碳環(huán)節(jié)來(lái)看，主要包含兩個(gè)過程，第一個(gè)是鋼表面碳原子被氧化的過程；第二個(gè)過程中鋼表面碳原子的濃度不斷降低，根據(jù)化學(xué)質(zhì)量平衡的原理，位于中心部位的碳原子將不斷向兩邊擴(kuò)散，所以導(dǎo)致碳脫層也在不斷增加，消耗的時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳越明顯。從化學(xué)角度上分析，脫碳其實(shí)指的就是鋼中碳原子在高溫的作用下跟氧原子和氫原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生出CO，在一般情況下，鋼表面的氧化反應(yīng)跟脫碳反應(yīng)是同時(shí)進(jìn)行的，兩者都是溫度高于AC1這個(gè)相變點(diǎn)才發(fā)生的。如果鋼表面的氧化速度小于碳原子從鋼內(nèi)層向外層逐漸擴(kuò)散的同時(shí)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，因此，氧化作用在相對(duì)較弱的氧化性環(huán)境中更容易出現(xiàn)較深的脫碳層。
當(dāng)罩氏爐退火以后，在裝鋼后爐灶中還會(huì)剩下一部分的空氣，在這個(gè)時(shí)候進(jìn)行蓋罩封閉后，鋼材的表面就可以形成一層厚度很薄并且致密的氧化化皮。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，如果爐子內(nèi)部的空氣溫度長(zhǎng)時(shí)間低于或者等于780℃，那么產(chǎn)生的脫碳層的深度一般為0.10 mm～0.15mm，但是當(dāng)溫度高于780℃的時(shí)候，并且持續(xù)7個(gè)小時(shí)以后，爐內(nèi)的脫碳層深度一般為0.20 mm～0.35mm，這充分說(shuō)明了在高溫條件下，鐵的氧化速度要比碳的擴(kuò)散速度更慢。
1.3球化退火溫度低的產(chǎn)生原因
產(chǎn)生球化退火溫度低的主要原因是因?yàn)殇摬那蚧嘶饡r(shí)的溫度低于相變需要的溫度。罩式退火爐在對(duì)電渣軸承鋼進(jìn)行球化退火時(shí)·，在爐上層的鋼材表面脫碳會(huì)超標(biāo)，而爐下層鋼材球化溫度低的情況存在，其主要原因是因?yàn)橥粻t上下層的鋼材有較大溫差，在鋼材裝爐升溫后7小時(shí)后，這時(shí)爐內(nèi)鋼材上部溫度高，下部溫度低（溫差30℃-40℃）。
1.4球化退火溫度低的改進(jìn)措施
為了盡可能的縮短保溫的過程，爐內(nèi)鋼材上、下兩層之間的溫差，就需要在升溫過程中，當(dāng)鋼材上層的溫度差低于770℃的時(shí)候進(jìn)行升溫處理，從而提高爐內(nèi)的氣氛溫度，將爐內(nèi)的溫度升高至780℃，這樣做的主要目的是為了降低上、下鋼材之間的溫度差；當(dāng)鋼材上層的溫度高于770℃的時(shí)候，應(yīng)該將爐頂?shù)臏囟认陆抵?70℃～775℃范圍內(nèi)，這樣不僅可以有效控制鋼材上層溫度的升高，還可以逐漸降低鋼材下層的溫度，一直當(dāng)鋼材的溫度超過765℃并且燒透后，整個(gè)保溫環(huán)節(jié)結(jié)束。
1.5退火爐操作措施的改善
對(duì)于退火爐操作措施的改善主要是要重點(diǎn)掌握好爐膛壓力、燒嘴開度以及助燃風(fēng)三個(gè)方面。
1.5.1爐膛壓力大小的調(diào)整
為了將爐膛的壓力降低，又避免負(fù)壓和時(shí)間過長(zhǎng)造成的鋼材下層脫碳超標(biāo)的現(xiàn)象，可以利用保溫時(shí)間控制好爐膛壓力的微正壓，并提高爐膛內(nèi)氣氛的均勻性。
1.5.2燒嘴開度大小的調(diào)整
在升溫的過程中，當(dāng)煤氣的發(fā)熱值高的時(shí)候，要適當(dāng)?shù)臏p小燒嘴的整體開度，如果不這樣的話就容易導(dǎo)致燒嘴前壓力過小，爐內(nèi)火焰時(shí)間短，這樣不利于降低鋼材上、下層的溫度差，當(dāng)煤氣的發(fā)熱值低的時(shí)候則應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾訜煺w開度。
1.5.3助燃風(fēng)大小調(diào)整
升溫時(shí)，助燃風(fēng)應(yīng)根據(jù)煤氣流量適當(dāng)開大，保溫時(shí)，煤氣使用量較小，助燃風(fēng)相對(duì)關(guān)小。助燃風(fēng)的大小主要是根據(jù)煤氣使用量決定的，如果助燃風(fēng)過大，則爐內(nèi)的火焰太短，不利于減小爐內(nèi)鋼材上下層溫差。
2結(jié)論
通過生產(chǎn)工藝、退火操作兩方面對(duì)電渣軸承鋼球化退火生產(chǎn)過程進(jìn)行了改進(jìn)后，基本解決了鋼材表面脫碳超標(biāo)問題，軸承鋼冷拔材脫碳指標(biāo)用戶復(fù)檢合格率達(dá)95%以上，滿足了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)，公司的效益有了明顯改善。
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