厚壁鋼管退火時(shí)多少溫度會(huì)開始脫碳？

　　今天查看本站留言內(nèi)容時(shí)發(fā)現(xiàn)有一網(wǎng)友網(wǎng)友問到：厚壁鋼管退火時(shí)多少溫度會(huì)開始脫碳？所以今天特總結(jié)一下：

　　答：個(gè)人認(rèn)為：一般超過此材料的Ac1溫度就容易造成脫碳……脫不脫碳不僅跟溫度有關(guān)，還決定于金屬或合金的種類，并且決定于加熱介質(zhì)。比如含硅的鋼就容易脫碳，不銹鋼就不容易脫碳，耐熱鋼也不容易脫碳，如果是還原性介質(zhì)，你加熱到熔化狀態(tài)也不會(huì)脫碳，如果是氧化性介質(zhì)，則主要看氧化性的高低了，如果在空氣中加熱，則脫碳情況就更不好說了，只能夠具體問題具體的分析，一般碳鋼大約在570度產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化脫碳。

　　脫碳與否與化學(xué)成分、加熱溫度、保溫時(shí)間、碳在金相組織中的存在形式、環(huán)境氣氛等都有很大關(guān)系。僅僅靠化學(xué)成分無法判定材料表面造成脫碳需要的加熱溫度。

　　鋼鐵材料表面脫碳與含碳量或者碳當(dāng)量有關(guān)。以60Si2Mn為例，脫碳敏感區(qū)在1150-1250度左右。脫碳還跟加熱氣氛、加熱時(shí)間等有關(guān)。

　　另外需要考慮的是氧化和脫碳一般同時(shí)存在，如果氧化速度大于脫碳，那么即使在高溫區(qū)也不會(huì)造成材料脫碳，只是表面氧化鐵皮厚度增加。35CrMo一般用于生產(chǎn)高強(qiáng)度緊固件，一般要求吐絲溫度不要超過880度，冷卻速度在0.8-0.85度/s區(qū)間，脫碳層可控制在（0.2-0.4）D%之間。這個(gè)脫碳層是可以忍受的，后續(xù)的冷鐓和力學(xué)性能可以保證。

　　那么厚壁鋼管的加熱工藝會(huì)產(chǎn)生哪些缺陷？下文給您詳細(xì)的道來！

　　一、 厚壁鋼管的加熱缺陷

　　鋼在加熱過程中，爐子的溫度和氣氛必須調(diào)整得當(dāng)，如果操作不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)各種加熱缺陷，如氧化、脫碳、過熱、過燒等。這此缺陷影響厚壁鋼管的加熱質(zhì)量，重則造成廢品，所以加熱過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝，避免上述缺陷產(chǎn)生。

　　（一） 厚壁鋼管的氧化及其影響因素

　　厚壁管在高溫爐內(nèi)加熱時(shí)，由于爐氣中含有大量的O2、CO2、H2O（六軋廠使用的燃?xì)鉃楦郀t煤氣，主要由可燃成分CO、H2、CH4和不可燃成分CO2、N2組成，其中CO占30%左右，H2和CH4的數(shù)量很少，高爐煤氣含有大量的CO2和N2，約占60%～70%）。厚壁鋼管的表面層要發(fā)生氧化。氧化不僅造成厚壁鋼管的直接損失——成材率下降，而且在除鱗不凈的情況下軋制會(huì)將氧化鐵屑壓入厚壁鋼管的表面而造成成品鋼材表面麻點(diǎn)缺陷。如果氧化層過深，會(huì)使鋼錠的皮下氣泡暴露，軋后造成廢品。氧化鐵皮的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼低，所以鋼表面上覆蓋了氧化鐵皮，雙惡化了傳熱條件，降低了爐子生產(chǎn)率，增加了能源的消耗。

　　厚壁鋼管的氧化影響因素有：加熱溫度、加熱時(shí)間、爐氣成分、厚壁鋼管的成分，這此因素中加熱溫度、爐氣成分、厚壁鋼管的成分對氧化速度有較大的影響，而加熱時(shí)間主要影響厚壁鋼管的燒損量。

　　1、 加熱溫度的影響：

　　因?yàn)檠趸且环N擴(kuò)散的過程，所以溫度的影響非常顯著，溫度愈高，擴(kuò)散愈快，氧化速度愈大，常溫下厚壁鋼管的氧化速度非常緩慢，600℃以上時(shí)開始有顯著變化，鋼溫達(dá)到900℃以上時(shí)，氧化速度急劇增長，氧化鐵皮生成量與溫度之間有如下關(guān)系：鋼溫/℃ 900 1000 1100 1200 燒損量比值 1 2 3.5 72、 厚壁鋼管的成分：

　　對于碳素鋼隨其C含量的增加，厚壁鋼管的燒損量有所下降，這是由于鋼中的C氧化后，部分生成CO而阻止了氧化性氣體向鋼內(nèi)擴(kuò)散的結(jié)果，因此在同樣的加熱條件下，高碳鋼相對低碳厚壁鋼管的燒損要輕。合金元素如Cr、Ni等極易被氧化成為相應(yīng)的氧化物，但是由于它們生成的氧化物薄層組織結(jié)構(gòu)十分致密又很穩(wěn)定，這一薄層氧化膜起到了防止厚壁鋼管的內(nèi)部基體免遭再氧化的作用，因此鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻硅鋼等都具有很好的搞高溫氧化的性能。

　　3、 加熱時(shí)間的影響：

　　在同樣的條件下，加熱時(shí)間越長，厚壁鋼管的氧化燒損量就越多，所以加熱時(shí)應(yīng)盡可能縮短加熱時(shí)間。

　?。ǘ?脫碳

　　鋼在加熱時(shí)，在生成氧化鐵皮的基礎(chǔ)上，由于高溫爐氣的存在和擴(kuò)散作用，未氧化的鋼表面層中的碳原子向外擴(kuò)散，爐氣中的氧原子也透過氧化鐵皮向里擴(kuò)散，當(dāng)二種擴(kuò)散會(huì)合時(shí)，碳原子被燒掉，導(dǎo)致未氧化的鋼表面層中化學(xué)成分貧碳，這種現(xiàn)象叫做脫碳。

　　碳是決定鋼性質(zhì)的主要元素之一，脫碳使厚壁鋼管的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、使用壽命等力學(xué)性能顯著降低。對工具鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、高碳鋼等質(zhì)量有很大的危害，甚至因脫碳超出規(guī)定而成為廢品，所以脫碳問題是鋼材生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題之一。

　　影響脫碳的因素和氧化一樣，影響脫碳的主要因素是加熱溫度、加熱時(shí)間、爐內(nèi)氣氛，此外厚壁鋼管的化學(xué)成分對脫碳也有一定的影響。

　　1、 加熱溫度對脫碳的影響：加熱溫度對鋼坯可見脫碳層厚度的影響因鋼種不同也有所不同，一般隨加熱溫度升高，可見脫碳層厚度顯著增加，但有一些鋼種隨著溫度的升高，開始脫碳層厚度增加，但加熱溫度到一定值后，隨著溫度的升高，脫碳層厚度卻不僅不增加，反而減少了，如彈簧鋼（60Si2Mn）在1100℃以前脫碳層厚度隨溫度的增加而很快增大，但超過1100℃后脫碳層厚度隨著溫度增高而顯著降低，這說明在1100℃附近有一脫碳速度的“峰值”。還有不少鋼種也有類似的規(guī)律，對這些鋼種，在選擇加熱溫度時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量避開這一脫碳速度的“峰值”溫度范圍。

　　2、 加熱時(shí)間對脫碳的影響，加熱時(shí)間愈長，可見脫碳層厚度愈大，所以，縮短加熱時(shí)間，特別是縮短鋼坯表面已達(dá)到較高溫度后在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以達(dá)到快速加熱，是減少鋼坯脫碳的有效措施，3、 爐內(nèi)氣氛對脫碳的影響：爐內(nèi)氣氛對脫碳的影響是根本性的，爐內(nèi)氣氛中H2O、H2、O2、和CO2均能引起脫碳，而CO和CH4卻能使鋼增碳。實(shí)踐證明，為了減少可見脫碳層厚度，在強(qiáng)氧化氣氛中加熱是有利的，這是因?yàn)殍F的氧化將超過碳的氧化，因而可減少可見脫碳層厚度。

　　4、 厚壁鋼管的化學(xué)成分對脫碳的影響：鋼中的含碳量越高，加熱時(shí)越容易脫碳，若鋼中含有鋁、鎢、鈷等元素時(shí)，則脫碳增加；若鋼中含有鉻、錳、硼等元素時(shí)，則脫碳減少。鎳、硅、釩對脫碳沒有什么影響。易脫碳的鋼種主要有碳素工具鋼、模具鋼、彈簧鋼、滾珠軸承鋼、高速鋼等。

　　減少脫碳的措施：減少厚壁鋼管的氧化的措施基本適用于減少脫碳。例如進(jìn)行快速加熱，縮短鋼在高溫區(qū)域停留時(shí)間，正確選擇加熱溫度，避開易脫碳厚壁鋼管的脫碳峰值范圍；適當(dāng)調(diào)節(jié)和控制爐內(nèi)氣氛，對易脫碳鋼使?fàn)t內(nèi)保持氧化氣氛，使氧化速度大于脫碳速度等。

　?。ㄈ╀摬倪^熱。

　　如果厚壁鋼管的加熱溫度超過臨界溫度AC3，厚壁鋼管的晶粒開始生長，晶粒粗化是過熱的主要特征。加熱溫度越高，加熱時(shí)間越長，晶粒生長現(xiàn)象越明顯。晶粒生長過多，厚壁鋼管的力學(xué)性能下降，加工過程中容易產(chǎn)生裂紋。特別是在鋼錠的邊緣或部件的邊緣，軋制時(shí)會(huì)開裂，導(dǎo)致成品材料開裂。加熱溫度和加熱時(shí)間對晶粒生長有決定性的影響。在軋制作業(yè)中，應(yīng)掌握加熱溫度和鋼在高溫區(qū)域的停留時(shí)間。

　　大多數(shù)合金元素可以減少晶粒的生長趨勢。只有碳、磷和錳才能促進(jìn)晶粒的生長。因此，一般合金厚壁鋼管的熱敏感性低于碳鋼，即合金元素可以細(xì)化晶粒。

　　（四）鋼材過燒。

　　當(dāng)鋼加熱到高于過熱的溫度時(shí)，不僅鋼顆粒生長，顆粒周圍的膜開始熔化，氧進(jìn)入顆粒之間的間隙，使鋼氧化，導(dǎo)致顆粒之間的結(jié)合力大大降低，塑性惡化，使鋼在壓力加工過程中開裂，導(dǎo)致成品鋼開裂，這種現(xiàn)象過熱。

　　二、厚壁鋼管的加熱溫度和速度。

　　厚壁鋼管的加熱溫度是指鋼加熱后的表面溫度。軋制前的加熱是為了獲得良好的塑性和較小的變形阻力。最合適的加熱溫度應(yīng)使鋼具有最佳的塑性和最小的變形阻力，有利于熱加工，提高產(chǎn)量，減少設(shè)備磨損和功耗，但對于加熱優(yōu)質(zhì)鋼，根據(jù)不同的加熱目的有不同的加熱工藝。

　　一般來說，厚壁鋼管的加熱溫度需要參考厚壁鋼管的相圖、塑性圖和變形抗力圖。碳鋼和低合金厚壁鋼管的加熱溫度主要依靠鐵碳平衡相圖。一般加熱溫度在AC3以上30~50℃，固相線以下100~150℃。

　　厚壁鋼管的加熱速度是指單位時(shí)間內(nèi)鋼表面溫度升高的程度。從生產(chǎn)的角度來看，希望加熱速度越快越好，加熱時(shí)間越短，厚壁鋼管的氧化燃燒損失也越小。然而，加熱速度的提高受到一些因素的限制。除了爐的加熱條件外，還應(yīng)特別考慮鋼中允許的溫差。

　　鋼坯在加熱過程中，由于鋼體自身的熱阻，必然會(huì)出現(xiàn)比中心溫度快、表面溫度高、表面膨脹大于中心膨脹的內(nèi)外溫差，因此厚壁鋼管的表面壓力和中心張力，從而使鋼內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力的大小取決于溫度梯度的大小，升溫速率越快，內(nèi)外溫差越大，溫度梯度越大，熱應(yīng)力也越大，如果應(yīng)力超過了厚壁鋼管的斷裂強(qiáng)度極限，鋼內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)裂紋，所以加熱速度應(yīng)控制在應(yīng)力允許的范圍之內(nèi)。鋼中的應(yīng)力只在一定的溫度范圍內(nèi)是危險(xiǎn)的，大多數(shù)鋼在550℃以下處于彈性狀態(tài)，塑性相對較低。此時(shí)，如果加熱速度過快，溫度應(yīng)力超過厚壁鋼管的強(qiáng)度極限，就會(huì)出現(xiàn)裂紋，溫度超過該溫度范圍，鋼進(jìn)入塑性狀態(tài)，低碳鋼可能進(jìn)入較低的溫度范圍，即使塑性變形較大，也會(huì)因塑性變形較大，不會(huì)導(dǎo)致低溫度裂紋。

　　三、加熱系統(tǒng)和加熱時(shí)間。

　　六軋廠實(shí)行三段連續(xù)加熱系統(tǒng)，即將鋼坯放置在三個(gè)溫度條件不同的區(qū)域內(nèi)，依次是預(yù)熱段、加熱段、均熱段。三級加熱系統(tǒng)是一種相對完善的加熱系統(tǒng)，具有許多優(yōu)點(diǎn)。坯料先在低溫區(qū)預(yù)熱，加熱速度慢，溫度應(yīng)力小，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，進(jìn)入塑性區(qū)，然后快速加熱，直至表面溫度迅速上升至要求的溫度，且鋼段溫差較大，在加熱期結(jié)束時(shí)鋼段溫差較大，需進(jìn)入均熱期，減小表面和中心溫度差。

　　需要注意的是，加熱系統(tǒng)與加熱爐的爐型不完全一致。三段加熱爐可通過人工調(diào)節(jié)燒嘴改變爐內(nèi)溫度分布，從而改變預(yù)熱段、加熱段和均熱段的形式分布。

　　加熱時(shí)間是指在規(guī)定的溫度系統(tǒng)下，鋼坯在爐內(nèi)加熱至達(dá)到軋制要求的溫度所必需的時(shí)間。加熱時(shí)間是加熱速度的表現(xiàn)，是預(yù)熱、加熱和均勻加熱三個(gè)階段的總和。一般連續(xù)加熱爐加熱鋼坯可采用以下經(jīng)驗(yàn)公式：

　　h=cs。

　　h-加熱時(shí)間，單位：小時(shí)。

　　s-鋼厚，單位：cm。

　　c-每厘米厚鋼材加熱所需時(shí)間，單位：雙面加熱系統(tǒng)小時(shí)/厘米，c值如下。

　　低碳鋼c=0.05~0.075。

　　C=0.075~0.1中碳鋼和低中合金鋼。

　　c=0.1~0.15高碳鋼和高合金鋼。

　　高級工具鋼c=0.15~0.2。

　　加熱時(shí)間也與爐內(nèi)鋼坯的分布有關(guān)。同一坯料有時(shí)因加熱步距不同而變得十分重要，因此不可忽略。

　　四、爐壓制度。

　　爐內(nèi)壓力也是影響坯料加熱速度、加熱質(zhì)量及燃料利用率的重要因素。加熱爐內(nèi)的壓力及其分布是調(diào)節(jié)溫度場、控制爐內(nèi)氣氛的重要手段之一。

　　爐內(nèi)氣體的絕對壓力與爐外大氣壓力的差異，通常稱為加熱爐爐壓。

　　加熱爐壓力沿爐長方向分布，根據(jù)爐類型、燃料燃燒模式和操作系統(tǒng)而異。一般來說，連續(xù)加熱爐內(nèi)的爐壓力從給料側(cè)增加到給料側(cè)，總壓差為20~40Pa。此外，由于熱氣體的位差，加熱爐內(nèi)也有垂直壓差，從下到上增加，通常每米爐的高壓差約為10Pa。

　　為了最大限度地減少爐內(nèi)的氧化和能耗，加熱爐內(nèi)的壓力一般控制為零或微正壓。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于加熱爐內(nèi)各點(diǎn)的壓力不同，其實(shí)際生產(chǎn)過程中爐壓制度的基本要求是近于零或微正壓力（比大氣壓高0~20Pa左右）。同時(shí)，爐內(nèi)氣流暢通，爐尾。

　　爐壓過高，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫氣體逸出，不但惡化了工作環(huán)境，使操作難度加大，也縮短了爐齡，造成大量燃料浪費(fèi)。

　　五、六軋加熱操作中存在的問題。

　　坯料加熱不均勻：由于六軋機(jī)的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了加熱爐的能力，六軋機(jī)的生產(chǎn)方式是：一爐快軋一爐-等坯-快軋-快軋一爐鋼坯-循環(huán)往復(fù)。這一現(xiàn)象在生產(chǎn)220×260坯料時(shí)十分嚴(yán)重，中間鋼坯溫度可達(dá)到近40分鐘/周期左右，使同一爐子內(nèi)的坯料停留溫度不同，則加熱效果也不同。在高溫段停留時(shí)間長的鋼坯有表面過熱的傾向，在低溫段停留時(shí)間長的鋼坯加熱不透明，間隙原子（C、N）不能有效擴(kuò)散，軋制后容易形成帶狀組織。

　　爐尾加熱溫度高：六軋廠正常加熱時(shí)，爐尾加熱溫度（加熱段）高達(dá)1050℃，明顯不利于未來高合金厚壁鋼管的加熱。

　　爐壓高：由于加熱爐能力不足，操作人員增加了輸入的氣體和空氣量，加熱爐的熱負(fù)荷始終處于最高狀態(tài)。廢氣排放能力不足，即輸入遠(yuǎn)大于輸出，導(dǎo)致爐壓高，大量高溫氣體逃逸，不僅造成氣體浪費(fèi)，而且畜牧熱體不能很好地利用廢氣預(yù)熱，導(dǎo)致輸入氣體，空氣不能很好地預(yù)熱，燃燒極不足。這導(dǎo)致了一個(gè)惡性循環(huán)。

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