鋼熱過程中氧化皮的形成及防止

鋼熱過程中氧化皮的形成及防止

雕塑是我們工廠生產(chǎn)過程中的重要工藝。每年制作40萬噸毛主席。由于加熱不規(guī)范，零件中存在許多缺陷，嚴重時可能導致浪費。經(jīng)過在日常生產(chǎn)過程與其他技術人員的研究,總結了一些鍛件缺陷形成的原因及防止方法。坯料在加熱過程中可能產(chǎn)生的缺陷有氧化、脫碳、過熱、過燒、內部開裂等。正確的加熱應盡量減少或防止這些缺陷的產(chǎn)生。1加熱過程中氧化皮的形成原因及措施氧化是爐氣中的氧化性氣體(O2,CO2,H2O,SO2)與鐵化合,形成氧化皮,最外層是Fe2O3氧化皮的現(xiàn)象。形成氧化缺陷的因素有:(1)爐氣成分。火焰加熱爐的爐氣通常是由以下3種氣體成分組成,即氧化性氣體(O2,CO2,H2O,SO2);還原性氣體(CO,H2)和中性氣體(N2)。爐氣的性質取決于燃燒時空氣的消耗量。當供給空氣過多時,爐氣性質為氧化性,促進氧化,形成較厚的氧化皮。相反,如供給空氣不足時,爐氣則呈還原性,氧化皮很薄但不易去除。(2)加熱溫度。隨著鋼的加熱溫度升高,由于氧化擴散速度加快,因此氧化過程就越劇烈,結果形成氧化皮也越厚。一般情況,加熱溫度在低于570℃～600℃時,氧化速度很慢;當溫度超過900℃～950℃以后,氧化急劇增加,到1375℃時,氧化皮開始熔化。(3)加熱時間。鋼的加熱時間越長,氧化擴大量便越大,形成氧化鐵則越多。特別是加熱到高溫階段,加熱時間的影響就更大。(4)鋼的化學成分。當鋼質量分數(shù)大于0.3%時,隨著鋼含量的增加,形成的氧化皮將減少,這是因為含碳量高時,由于鋼表面的氧化過程中生成了CO,可削弱氧化性氣體對鋼表面的作用。如鋼中含有Cr,Ni,Al,Mo等合金元素,在表面形成致密的氧化薄膜。由于這層氧化薄膜透氣性很小,能阻止氧化性氣體向內擴散,又因其膨脹系數(shù)和鋼接近一致,在加熱時又能牢固附在鋼的表面,起到保護作用,從而減少氧化。當鋼中Ni,Cr質量分數(shù)大于13%～20%時,幾乎就不產(chǎn)生氧化缺陷。氧化缺陷的危害性很大:它直接造成了鋼鐵的損耗;降低鍛件尤其是模鍛件的表面質量;加劇工具、模具的磨損;使加熱爐底腐蝕損壞,降低它的使用壽命。鋼料在爐內加熱時,脫落的堿性氧化皮與含酸性耐火材料的爐底發(fā)生化學反應,而使爐底軟熔損失?；鹧鏍t加熱時為了減少氧化皮的產(chǎn)生,可采用下列措施:在確保壞料加熱質量的前提下,盡量采用快速加熱,以縮短加熱時間,特別是高溫階段的加熱時間;在燃料完全燃燒的條件下,盡可能減少過剩氣量,以免爐內剩余氧過多;注意減少燃氣中的水分;爐膛應保持不大的正壓力,防止爐外冷空氣吸入爐內;應盡量采用少裝、勤裝及適時出爐的操作方法;在精密模鍛與高合金、有色金屬等關鍵件的鍛造中,可采用少氧化、無氧化加熱措施。2脫碳氣體的形成原因脫碳是鋼表面中的碳在高溫下與氧或氫發(fā)生化學反應、生成一氧化碳或甲烷等可燃氣體被燒掉而造成的。產(chǎn)生脫碳缺陷的因素如下:(1)爐氣成分。在爐氣成分中,脫碳能力最強的是H2O(汽),其次是CO2,較弱的是H2。一般在中性介質或弱氧化性介質中加熱時,可以減少脫碳,另外在爐內空氣過剩時,脫碳減弱鋼材表面形成氧化皮較多阻礙碳的擴散。當爐內空氣不足時脫碳層會加深。這是因為爐內空氣不足時,燃燒產(chǎn)物中會出現(xiàn)氫氣,這種氫氣在有水汽存在時是最強烈的脫碳氣體。(2)加熱溫度的影響。鋼在氧化性爐氣中加熱,既產(chǎn)生氧化,也引起脫碳。加熱溫度在700℃～1000℃時,由于表面氧化皮阻礙碳擴散,因此脫碳過程比氧化要慢。隨著加熱溫度的升高,一方面氧化的速度迅速增加,另一方面脫碳的速度也加快,但此時氧化皮喪失保護作用,在達到某一溫度后,脫碳就比氧化更劇烈。如GCr15鋼在1100℃～1200℃溫度時,產(chǎn)生強烈脫碳現(xiàn)象。(3)加熱時間。鋼的加熱時間越長,脫碳層厚度則越厚。但兩者不成正比關系,當厚度達到一定值后,脫碳速度將逐漸減慢。例如高速鋼在1000℃的高溫經(jīng)0.5h,其脫碳層深度為0.4mm,保溫4h為1mm,保溫12h為1.2mm。(4)鋼的化學成分。鋼的化學成分對脫碳影響很大。鋼中含碳量越高,脫碳傾向就越大。W,Al,Si,Co等元素使鋼脫碳增加,而Cr,Mn等元素則能阻止鋼的脫碳。脫碳缺陷的危害性很大:由于鋼表面層含碳量降低,將使制成的零件表面的強度和耐磨性降低;使零件疲勞強度降低,零件在長期交變應力的作用下會產(chǎn)生疲勞斷裂。但如果脫碳層的深度沒有超過鍛件的機械加工余量,則脫碳層可隨切屑一起除去而無危害。減少脫碳缺陷的方法有:采用快速加熱,控制加熱時間,尤其是要縮短在高溫下的保溫時間;加熱前坯料表面涂上保護涂層,如石墨粉與小玻璃混合劑,硼砂小浸液,玻璃粉涂料等;縮短高溫階段的加熱時間,使加熱好的坯料及時出爐鍛造;在保護氣體中加熱。3晶粒度的測量鋼料加熱時由于加熱溫度超過某一溫度,或在高溫下保溫時間過長,引起奧氏體晶粒顯著粗化的現(xiàn)象稱為過熱。產(chǎn)生過熱缺陷的主要因素是加熱溫度與保溫時間。加熱溫度越高,晶粒越粗大。通常把晶粒開始急劇長大的溫度稱為晶粒長大的臨界溫度,并視為該種金屬的過熱溫度。鋼的過熱溫度與其化學成分有關。如鋼中含鈦、鎢、釩、鈮等元素能減少過熱傾向;而碳、錳、硫、磷等元素能增加鋼的過熱傾向。過熱缺陷會引起下列問題:過熱缺陷嚴重的鋼,鍛造時邊角可能產(chǎn)生裂紋;一般性熱的鋼并不影響鍛造,但是過熱鋼鍛造的鍛件,晶粒度仍比正常鍛件的晶粒粗大,使鍛件機械性能降低;過熱鋼鍛造的鍛件淬火時,容易引起變形和開裂。為了補救過熱缺陷,如果條件允許,可用再次鍛造或調質、正火等處理方法使晶粒細化。但是一些Cr,Ni含量高的合金鋼,產(chǎn)生過熱后是無法用熱處理改正的?？傊?嚴格控制鋼料的加熱溫度和保溫時間,是防止過熱的最好措施。4鋼料過燒的預防當鋼料加熱到近熔點時,不僅奧氏體晶粒粗大,而且爐中氧化性氣體滲入晶間,使晶間物質如Fe,C,S發(fā)生氧化,形成易熔共晶體氧化物,破壞了晶粒間的聯(lián)系,這種現(xiàn)象稱為過燒。過燒的鋼料,強度很低,失去塑性,不能鍛造,一擊便破裂成碎塊。它的斷口晶粒粗大,呈淺藍色?？梢?過燒鋼料是不可補救的廢品,只有回爐重新冶煉。防止過燒缺陷應采取下列措施:嚴格控制加熱溫度,鋼料的最高加熱溫度至少應比溶點低100℃,大致可認為,低碳鋼加熱溫度不應該超過1300℃～1500℃;高碳鋼不超過1200℃～1150℃;控制爐內的氣體成分,盡量減少過剩的空氣量;坯料與噴火口保持一定距離,不得使火焰與坯料直接接觸,以防局部過燒;采用電阻加熱爐時,坯料離電阻絲的距離不應小于100mm,以免局部過燒。5溫度應力對鋼料抗裂強度的影響鋼料加熱時,由于表面溫度先升高,中心溫度后升高,這樣使鋼料表面的熱膨脹大于中心部分,在中心部分便引起三向拉應力。這種由于溫度不均勻而引起的內應力稱為溫度應力。鋼料斷面越大(例如大鋼錠),加熱速度越快,溫度應力就越大。但需指出,只有鋼料處在室溫至500℃～550℃的彈性狀