厚壁鋼管退火時多少溫度會開始脫碳？

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

　　答：個人認為：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)生強烈的氧化脫碳。

　　脫碳與否與化學成分、加熱溫度、保溫時間、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、加熱時間等有關(guān)。

　　另外需要考慮的是氧化和脫碳一般同時存在，如果氧化速度大于脫碳，那么即使在高溫區(qū)也不會造成材料脫碳，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。這個脫碳層是可以忍受的，后續(xù)的冷鐓和力學性能可以保證。

　　那么厚壁鋼管的加熱工藝會產(chǎn)生哪些缺陷？下文給您詳細的道來！

　　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，如果操作不當，會出現(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格執(zhí)行工藝，避免上述缺陷產(chǎn)生。

　?。ㄒ唬?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，由于爐氣中含有大量的O2、CO2、H2O（六軋廠使用的燃氣為高爐煤氣，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缺陷。如果氧化層過深，會使鋼錠的皮下氣泡暴露，軋后造成廢品。氧化鐵皮的導熱系數(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，而加熱時間主要影響厚壁鋼管的燒損量。

　　1、 加熱溫度的影響：

　　因為氧化是一種擴散的過程，所以溫度的影響非常顯著，溫度愈高，擴散愈快，氧化速度愈大，常溫下厚壁鋼管的氧化速度非常緩慢，600℃以上時開始有顯著變化，鋼溫達到900℃以上時，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、 加熱時間的影響：

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

　?。ǘ?脫碳

　　鋼在加熱時，在生成氧化鐵皮的基礎(chǔ)上，由于高溫爐氣的存在和擴散作用，未氧化的鋼表面層中的碳原子向外擴散，爐氣中的氧原子也透過氧化鐵皮向里擴散，當二種擴散會合時，碳原子被燒掉，導致未氧化的鋼表面層中化學成分貧碳，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、疲勞強度、沖擊韌性、使用壽命等力學性能顯著降低。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、加熱時間、爐內(nèi)氣氛，此外厚壁鋼管的化學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，應(yīng)當盡量避開這一脫碳速度的“峰值”溫度范圍。

　　2、 加熱時間對脫碳的影響，加熱時間愈長，可見脫碳層厚度愈大，所以，縮短加熱時間，特別是縮短鋼坯表面已達到較高溫度后在爐內(nèi)的停留時間，以達到快速加熱，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。實踐證明，為了減少可見脫碳層厚度，在強氧化氣氛中加熱是有利的，這是因為鐵的氧化將超過碳的氧化，因而可減少可見脫碳層厚度。

　　4、 厚壁鋼管的化學成分對脫碳的影響：鋼中的含碳量越高，加熱時越容易脫碳，若鋼中含有鋁、鎢、鈷等元素時，則脫碳增加；若鋼中含有鉻、錳、硼等元素時，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。例如進行快速加熱，縮短鋼在高溫區(qū)域停留時間，正確選擇加熱溫度，避開易脫碳厚壁鋼管的脫碳峰值范圍；適當調(diào)節(jié)和控制爐內(nèi)氣氛，對易脫碳鋼使爐內(nèi)保持氧化氣氛，使氧化速度大于脫碳速度等。

　　（三）鋼材過熱。

　　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，軋制時會開裂，導致成品材料開裂。加熱溫度和加熱時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，即合金元素可以細化晶粒。

　?。ㄋ模╀摬倪^燒。

　　當鋼加熱到高于過熱的溫度時，不僅鋼顆粒生長，顆粒周圍的膜開始熔化，氧進入顆粒之間的間隙，使鋼氧化，導致顆粒之間的結(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度極限，鋼內(nèi)部就會出現(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，如果加熱速度過快，溫度應(yīng)力超過厚壁鋼管的強度極限，就會出現(xiàn)裂紋，溫度超過該溫度范圍，鋼進入塑性狀態(tài)，低碳鋼可能進入較低的溫度范圍，即使塑性變形較大，也會因塑性變形較大，不會導致低溫度裂紋。

　　三、加熱系統(tǒng)和加熱時間。

　　六軋廠實行三段連續(xù)加熱系統(tǒng)，即將鋼坯放置在三個溫度條件不同的區(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。坯料先在低溫區(qū)預(yù)熱，加熱速度慢，溫度應(yīng)力小，不會產(chǎn)生危險，進入塑性區(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)束時鋼段溫差較大，需進入均熱期，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。

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

　　h=cs。

　　h-加熱時間，單位：小時。

　　s-鋼厚，單位：cm。

　　c-每厘米厚鋼材加熱所需時間，單位：雙面加熱系統(tǒng)小時/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。

　　加熱時間也與爐內(nèi)鋼坯的分布有關(guān)。同一坯料有時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。在實際生產(chǎn)中，由于加熱爐內(nèi)各點的壓力不同，其實際生產(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，爐內(nèi)氣流暢通，爐尾。

　　爐壓過高，會產(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。

　　五、六軋加熱操作中存在的問題。

　　坯料加熱不均勻：由于六軋機的生產(chǎn)能力遠遠超過了加熱爐的能力，六軋機的生產(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。這一現(xiàn)象在生產(chǎn)220×260坯料時十分嚴重，中間鋼坯溫度可達到近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。在高溫段停留時間長的鋼坯有表面過熱的傾向，在低溫段停留時間長的鋼坯加熱不透明，間隙原子（C、N）不能有效擴散，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，爐尾加熱溫度（加熱段）高達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，加熱爐的熱負荷始終處于最高狀態(tài)。廢氣排放能力不足，即輸入遠大于輸出，導致爐壓高，大量高溫氣體逃逸，不僅造成氣體浪費，而且畜牧熱體不能很好地利用廢氣預(yù)熱，導致輸入氣體，空氣不能很好地預(yù)熱，燃燒極不足。這導致了一個惡性循環(huán)。

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