電渣軸承鋼球化退火過程中脫碳超標產生原因及改進措施
電渣軸承鋼球化退火過程中脫碳超標產生原因及改進措施
摘 要 本文依據鋼材熱處理時產生氧化和脫碳的基本原理，結合XX公司現有罩式退火爐對軸承鋼進行冷拔坯料球化退火的特點，對軸承鋼（GCr15）冷拔材產生脫碳超標原因進行了分析，并制定了能夠滿足產品標準要求的改進措施。
關鍵詞 電渣軸承；鋼球化退火；脫碳超標；對策；分析
0引言
電渣軸承鋼是用于制造滾動軸承（滾珠）的主要鋼材，XX公司有三十余年生產軸承鋼的歷史，是國內軸承鋼主要生產基地之一，本公司所采用電爐+LF爐外精煉+VD真空脫氣+ESR電渣重溶雙聯工藝生產的鐵路貨車用滾動軸承用鋼和高精度冷拔百度搜索：99建筑網,查看數百萬資料
四、六級品，一直處于國內領先水平，它是鐵道部指定的四家鐵路貨車軸承用鋼定點生產廠家之一，電渣軸承鋼的銷售量占全國鐵路貨車軸承用鋼約占50%。然而，因軸承鋼脫碳超標必須采用車削工藝生產從而影響了成材率及生產成本，另一方面軸承鋼冷拔材脫碳用戶復檢合格率低。因此，用戶提出了脫碳超標異議，用戶要求退貨及索賠，這方面嚴重影響了公司產品的信譽和經濟效益的提升，本文依據鋼材熱處理產生脫碳的基本原理，并根據XX公司生產實際情況驗證，從中找到了電渣軸承鋼球化退火產生脫碳的原因，并依此制定出了行之有效的改進措施。脫碳會降低鋼材的淬火硬度和耐磨性，所以對于高硬度狀態(tài)使用的軸承鋼是非常有害的缺陷，同時，脫碳后任何熱處理狀態(tài)的鋼材的疲勞強度都會降低，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脫碳的產生原因
二氧化碳和水蒸汽對鋼是氧化性的，所以鋼在含有氣體的氣氛中加熱，會按下式發(fā)生反應而生成氧化皮：
這些氣體還會與鋼中的碳按下式反應而引起脫碳：
1.2表面脫碳超標產生原因
從鋼的脫碳環(huán)節(jié)來看，主要包含兩個過程，第一個是鋼表面碳原子被氧化的過程；第二個過程中鋼表面碳原子的濃度不斷降低，根據化學質量平衡的原理，位于中心部位的碳原子將不斷向兩邊擴散，所以導致碳脫層也在不斷增加，消耗的時間越長，脫碳越明顯。從化學角度上分析，脫碳其實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生化學反應產生出CO，在一般情況下，鋼表面的氧化反應跟脫碳反應是同時進行的，兩者都是溫度高于AC1這個相變點才發(fā)生的。如果鋼表面的氧化速度小于碳原子從鋼內層向外層逐漸擴散的同時產生氧化反應，因此，氧化作用在相對較弱的氧化性環(huán)境中更容易出現較深的脫碳層。
當罩氏爐退火以后，在裝鋼后爐灶中還會剩下一部分的空氣，在這個時候進行蓋罩封閉后，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。根據生產實踐經驗證明，如果爐子內部的空氣溫度長時間低于或者等于780℃，那么產生的脫碳層的深度一般為0.10 mm～0.15mm，但是當溫度高于780℃的時候，并且持續(xù)7個小時以后，爐內的脫碳層深度一般為0.20 mm～0.35mm，這充分說明了在高溫條件下，鐵的氧化速度要比碳的擴散速度更慢。
1.3球化退火溫度低的產生原因
產生球化退火溫度低的主要原因是因為鋼材球化退火時的溫度低于相變需要的溫度。罩式退火爐在對電渣軸承鋼進行球化退火時·，在爐上層的鋼材表面脫碳會超標，而爐下層鋼材球化溫度低的情況存在，其主要原因是因為同一爐上下層的鋼材有較大溫差，在鋼材裝爐升溫后7小時后，這時爐內鋼材上部溫度高，下部溫度低（溫差30℃-40℃）。
1.4球化退火溫度低的改進措施
為了盡可能的縮短保溫的過程，爐內鋼材上、下兩層之間的溫差，就需要在升溫過程中，當鋼材上層的溫度差低于770℃的時候進行升溫處理，從而提高爐內的氣氛溫度，將爐內的溫度升高至780℃，這樣做的主要目的是為了降低上、下鋼材之間的溫度差；當鋼材上層的溫度高于770℃的時候，應該將爐頂的溫度下降至770℃～775℃范圍內，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，一直當鋼材的溫度超過765℃并且燒透后，整個保溫環(huán)節(jié)結束。
1.5退火爐操作措施的改善
對于退火爐操作措施的改善主要是要重點掌握好爐膛壓力、燒嘴開度以及助燃風三個方面。
1.5.1爐膛壓力大小的調整
為了將爐膛的壓力降低，又避免負壓和時間過長造成的鋼材下層脫碳超標的現象，可以利用保溫時間控制好爐膛壓力的微正壓，并提高爐膛內氣氛的均勻性。
1.5.2燒嘴開度大小的調整
在升溫的過程中，當煤氣的發(fā)熱值高的時候，要適當的減小燒嘴的整體開度，如果不這樣的話就容易導致燒嘴前壓力過小，爐內火焰時間短，這樣不利于降低鋼材上、下層的溫度差，當煤氣的發(fā)熱值低的時候則應該適當的增加燒嘴整體開度。
1.5.3助燃風大小調整
升溫時，助燃風應根據煤氣流量適當開大，保溫時，煤氣使用量較小，助燃風相對關小。助燃風的大小主要是根據煤氣使用量決定的，如果助燃風過大，則爐內的火焰太短，不利于減小爐內鋼材上下層溫差。
2結論
通過生產工藝、退火操作兩方面對電渣軸承鋼球化退火生產過程進行了改進后，基本解決了鋼材表面脫碳超標問題，軸承鋼冷拔材脫碳指標用戶復檢合格率達95%以上，滿足了產品標準要求，同時，公司的效益有了明顯改善。
參考文獻
[1][日]吉田亨.預防熱處理廢品的措施等著[J].機械工業(yè)出版社，1979（11）：114.
[2]宋維錫.金屬學[M].冶金出版社，1980（5）：28-30.
遼公網安備 21020302000024號工信部備案號: 遼ICP備15011726號-5
