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厚壁钢管退火时多少温度会开始脱碳及问题总结

返回列表 来源:厚壁钢管 发布日期: 2022.03.21

  厚壁钢管退火时多少温度会开始脱碳?

  今天查看本站留言内容时发现有一网友网友问到:厚壁钢管退火时多少温度会开始脱碳?所以今天特总结一下:

  答:个人认为:一般超过此材料的Ac1温度就容易造成脱碳……脱不脱碳不仅跟温度有关,还决定于金属或合金的种类,并且决定于加热介质。比如含硅的钢就容易脱碳,不锈钢就不容易脱碳,耐热钢也不容易脱碳,如果是还原性介质,你加热到熔化状态也不会脱碳,如果是氧化性介质,则主要看氧化性的高低了,如果在空气中加热,则脱碳情况就更不好说了,只能够具体问题具体的分析,一般碳钢大约在570度产生强烈的氧化脱碳。

  脱碳与否与化学成分、加热温度、保温时间、碳在金相组织中的存在形式、环境气氛等都有很大关系。仅仅靠化学成分无法判定材料表面造成脱碳需要的加热温度。

  钢铁材料表面脱碳与含碳量或者碳当量有关。以60Si2Mn为例,脱碳敏感区在1150-1250度左右。脱碳还跟加热气氛、加热时间等有关。

  另外需要考虑的是氧化和脱碳一般同时存在,如果氧化速度大于脱碳,那么即使在高温区也不会造成材料脱碳,只是表面氧化铁皮厚度增加。35CrMo一般用于生产高强度紧固件,一般要求吐丝温度不要超过880度,冷却速度在0.8-0.85度/s区间,脱碳层可控制在(0.2-0.4)D%之间。这个脱碳层是可以忍受的,后续的冷镦和力学性能可以保证。

  那么厚壁钢管的加热工艺会产生哪些缺陷?下文给您详细的道来!

  一、 厚壁钢管的加热缺陷

  钢在加热过程中,炉子的温度和气氛必须调整得当,如果操作不当,会出现各种加热缺陷,如氧化、脱碳、过热、过烧等。这此缺陷影响厚壁钢管的加热质量,重则造成废品,所以加热过程中必须严格执行工艺,避免上述缺陷产生。

  (一) 厚壁钢管的氧化及其影响因素

  厚壁管在高温炉内加热时,由于炉气中含有大量的O2、CO2、H2O(六轧厂使用的燃气为高炉煤气,主要由可燃成分CO、H2、CH4和不可燃成分CO2、N2组成,其中CO占30%左右,H2和CH4的数量很少,高炉煤气含有大量的CO2和N2,约占60%~70%)。厚壁钢管的表面层要发生氧化。氧化不仅造成厚壁钢管的直接损失——成材率下降,而且在除鳞不净的情况下轧制会将氧化铁屑压入厚壁钢管的表面而造成成品钢材表面麻点缺陷。如果氧化层过深,会使钢锭的皮下气泡暴露,轧后造成废品。氧化铁皮的导热系数比钢低,所以钢表面上覆盖了氧化铁皮,双恶化了传热条件,降低了炉子生产率,增加了能源的消耗。

  厚壁钢管的氧化影响因素有:加热温度、加热时间、炉气成分、厚壁钢管的成分,这此因素中加热温度、炉气成分、厚壁钢管的成分对氧化速度有较大的影响,而加热时间主要影响厚壁钢管的烧损量。

  1、 加热温度的影响:

  因为氧化是一种扩散的过程,所以温度的影响非常显著,温度愈高,扩散愈快,氧化速度愈大,常温下厚壁钢管的氧化速度非常缓慢,600℃以上时开始有显著变化,钢温达到900℃以上时,氧化速度急剧增长,氧化铁皮生成量与温度之间有如下关系:钢温/℃ 900 1000 1100 1200 烧损量比值 1 2 3.5 72、 厚壁钢管的成分:

  对于碳素钢随其C含量的增加,厚壁钢管的烧损量有所下降,这是由于钢中的C氧化后,部分生成CO而阻止了氧化性气体向钢内扩散的结果,因此在同样的加热条件下,高碳钢相对低碳厚壁钢管的烧损要轻。合金元素如Cr、Ni等极易被氧化成为相应的氧化物,但是由于它们生成的氧化物薄层组织结构十分致密又很稳定,这一薄层氧化膜起到了防止厚壁钢管的内部基体免遭再氧化的作用,因此铬钢、铬镍钢、铬硅钢等都具有很好的搞高温氧化的性能。

  3、 加热时间的影响:

  在同样的条件下,加热时间越长,厚壁钢管的氧化烧损量就越多,所以加热时应尽可能缩短加热时间。

  (二) 脱碳

  钢在加热时,在生成氧化铁皮的基础上,由于高温炉气的存在和扩散作用,未氧化的钢表面层中的碳原子向外扩散,炉气中的氧原子也透过氧化铁皮向里扩散,当二种扩散会合时,碳原子被烧掉,导致未氧化的钢表面层中化学成分贫碳,这种现象叫做脱碳。

  碳是决定钢性质的主要元素之一,脱碳使厚壁钢管的硬度、耐磨性、疲劳强度、冲击韧性、使用寿命等力学性能显著降低。对工具钢、滚珠轴承钢、弹簧钢、高碳钢等质量有很大的危害,甚至因脱碳超出规定而成为废品,所以脱碳问题是钢材生产中的关键问题之一。

  影响脱碳的因素和氧化一样,影响脱碳的主要因素是加热温度、加热时间、炉内气氛,此外厚壁钢管的化学成分对脱碳也有一定的影响。

  1、 加热温度对脱碳的影响:加热温度对钢坯可见脱碳层厚度的影响因钢种不同也有所不同,一般随加热温度升高,可见脱碳层厚度显著增加,但有一些钢种随着温度的升高,开始脱碳层厚度增加,但加热温度到一定值后,随着温度的升高,脱碳层厚度却不仅不增加,反而减少了,如弹簧钢(60Si2Mn)在1100℃以前脱碳层厚度随温度的增加而很快增大,但超过1100℃后脱碳层厚度随着温度增高而显著降低,这说明在1100℃附近有一脱碳速度的“峰值”。还有不少钢种也有类似的规律,对这些钢种,在选择加热温度时,应当尽量避开这一脱碳速度的“峰值”温度范围。

  2、 加热时间对脱碳的影响,加热时间愈长,可见脱碳层厚度愈大,所以,缩短加热时间,特别是缩短钢坯表面已达到较高温度后在炉内的停留时间,以达到快速加热,是减少钢坯脱碳的有效措施,3、 炉内气氛对脱碳的影响:炉内气氛对脱碳的影响是根本性的,炉内气氛中H2O、H2、O2、和CO2均能引起脱碳,而CO和CH4却能使钢增碳。实践证明,为了减少可见脱碳层厚度,在强氧化气氛中加热是有利的,这是因为铁的氧化将超过碳的氧化,因而可减少可见脱碳层厚度。

  4、 厚壁钢管的化学成分对脱碳的影响:钢中的含碳量越高,加热时越容易脱碳,若钢中含有铝、钨、钴等元素时,则脱碳增加;若钢中含有铬、锰、硼等元素时,则脱碳减少。镍、硅、钒对脱碳没有什么影响。易脱碳的钢种主要有碳素工具钢、模具钢、弹簧钢、滚珠轴承钢、高速钢等。

  减少脱碳的措施:减少厚壁钢管的氧化的措施基本适用于减少脱碳。例如进行快速加热,缩短钢在高温区域停留时间,正确选择加热温度,避开易脱碳厚壁钢管的脱碳峰值范围;适当调节和控制炉内气氛,对易脱碳钢使炉内保持氧化气氛,使氧化速度大于脱碳速度等。

  (三)钢材过热。

  如果厚壁钢管的加热温度超过临界温度AC3,厚壁钢管的晶粒开始生长,晶粒粗化是过热的主要特征。加热温度越高,加热时间越长,晶粒生长现象越明显。晶粒生长过多,厚壁钢管的力学性能下降,加工过程中容易产生裂纹。特别是在钢锭的边缘或部件的边缘,轧制时会开裂,导致成品材料开裂。加热温度和加热时间对晶粒生长有决定性的影响。在轧制作业中,应掌握加热温度和钢在高温区域的停留时间。

  大多数合金元素可以减少晶粒的生长趋势。只有碳、磷和锰才能促进晶粒的生长。因此,一般合金厚壁钢管的热敏感性低于碳钢,即合金元素可以细化晶粒。

  (四)钢材过烧。

  当钢加热到高于过热的温度时,不仅钢颗粒生长,颗粒周围的膜开始熔化,氧进入颗粒之间的间隙,使钢氧化,导致颗粒之间的结合力大大降低,塑性恶化,使钢在压力加工过程中开裂,导致成品钢开裂,这种现象过热。

  二、厚壁钢管的加热温度和速度。

  厚壁钢管的加热温度是指钢加热后的表面温度。轧制前的加热是为了获得良好的塑性和较小的变形阻力。最合适的加热温度应使钢具有最佳的塑性和最小的变形阻力,有利于热加工,提高产量,减少设备磨损和功耗,但对于加热优质钢,根据不同的加热目的有不同的加热工艺。

  一般来说,厚壁钢管的加热温度需要参考厚壁钢管的相图、塑性图和变形抗力图。碳钢和低合金厚壁钢管的加热温度主要依靠铁碳平衡相图。一般加热温度在AC3以上30~50℃,固相线以下100~150℃。

  厚壁钢管的加热速度是指单位时间内钢表面温度升高的程度。从生产的角度来看,希望加热速度越快越好,加热时间越短,厚壁钢管的氧化燃烧损失也越小。然而,加热速度的提高受到一些因素的限制。除了炉的加热条件外,还应特别考虑钢中允许的温差。

  钢坯在加热过程中,由于钢体自身的热阻,必然会出现比中心温度快、表面温度高、表面膨胀大于中心膨胀的内外温差,因此厚壁钢管的表面压力和中心张力,从而使钢内部产生热应力,热应力的大小取决于温度梯度的大小,升温速率越快,内外温差越大,温度梯度越大,热应力也越大,如果应力超过了厚壁钢管的断裂强度极限,钢内部就会出现裂纹,所以加热速度应控制在应力允许的范围之内。钢中的应力只在一定的温度范围内是危险的,大多数钢在550℃以下处于弹性状态,塑性相对较低。此时,如果加热速度过快,温度应力超过厚壁钢管的强度极限,就会出现裂纹,温度超过该温度范围,钢进入塑性状态,低碳钢可能进入较低的温度范围,即使塑性变形较大,也会因塑性变形较大,不会导致低温度裂纹。

  三、加热系统和加热时间。

  六轧厂实行三段连续加热系统,即将钢坯放置在三个温度条件不同的区域内,依次是预热段、加热段、均热段。三级加热系统是一种相对完善的加热系统,具有许多优点。坯料先在低温区预热,加热速度慢,温度应力小,不会产生危险,进入塑性区,然后快速加热,直至表面温度迅速上升至要求的温度,且钢段温差较大,在加热期结束时钢段温差较大,需进入均热期,减小表面和中心温度差。

  需要注意的是,加热系统与加热炉的炉型不完全一致。三段加热炉可通过人工调节烧嘴改变炉内温度分布,从而改变预热段、加热段和均热段的形式分布。

  加热时间是指在规定的温度系统下,钢坯在炉内加热至达到轧制要求的温度所必需的时间。加热时间是加热速度的表现,是预热、加热和均匀加热三个阶段的总和。一般连续加热炉加热钢坯可采用以下经验公式:

  h=cs。

  h-加热时间,单位:小时。

  s-钢厚,单位:cm。

  c-每厘米厚钢材加热所需时间,单位:双面加热系统小时/厘米,c值如下。

  低碳钢c=0.05~0.075。

  C=0.075~0.1中碳钢和低中合金钢。

  c=0.1~0.15高碳钢和高合金钢。

  高级工具钢c=0.15~0.2。

  加热时间也与炉内钢坯的分布有关。同一坯料有时因加热步距不同而变得十分重要,因此不可忽略。

  四、炉压制度。

  炉内压力也是影响坯料加热速度、加热质量及燃料利用率的重要因素。加热炉内的压力及其分布是调节温度场、控制炉内气氛的重要手段之一。

  炉内气体的绝对压力与炉外大气压力的差异,通常称为加热炉炉压。

  加热炉压力沿炉长方向分布,根据炉类型、燃料燃烧模式和操作系统而异。一般来说,连续加热炉内的炉压力从给料侧增加到给料侧,总压差为20~40Pa。此外,由于热气体的位差,加热炉内也有垂直压差,从下到上增加,通常每米炉的高压差约为10Pa。

  为了最大限度地减少炉内的氧化和能耗,加热炉内的压力一般控制为零或微正压。在实际生产中,由于加热炉内各点的压力不同,其实际生产过程中炉压制度的基本要求是近于零或微正压力(比大气压高0~20Pa左右)。同时,炉内气流畅通,炉尾。

  炉压过高,会产生大量的高温气体逸出,不但恶化了工作环境,使操作难度加大,也缩短了炉龄,造成大量燃料浪费。

  五、六轧加热操作中存在的问题。

  坯料加热不均匀:由于六轧机的生产能力远远超过了加热炉的能力,六轧机的生产方式是:一炉快轧一炉-等坯-快轧-快轧一炉钢坯-循环往复。这一现象在生产220×260坯料时十分严重,中间钢坯温度可达到近40分钟/周期左右,使同一炉子内的坯料停留温度不同,则加热效果也不同。在高温段停留时间长的钢坯有表面过热的倾向,在低温段停留时间长的钢坯加热不透明,间隙原子(C、N)不能有效扩散,轧制后容易形成带状组织。

  炉尾加热温度高:六轧厂正常加热时,炉尾加热温度(加热段)高达1050℃,明显不利于未来高合金厚壁钢管的加热。

  炉压高:由于加热炉能力不足,操作人员增加了输入的气体和空气量,加热炉的热负荷始终处于最高状态。废气排放能力不足,即输入远大于输出,导致炉压高,大量高温气体逃逸,不仅造成气体浪费,而且畜牧热体不能很好地利用废气预热,导致输入气体,空气不能很好地预热,燃烧极不足。这导致了一个恶性循环。

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