罐装轴承钢GCrl5线材球化退火的质量控制
2010-11-03作者：谷晓梅 （江苏锡钢集团有限公司）
摘 要：从工艺和操作两个方面探讨了轴承钢GCrl5线材球化退火过程中质量缺陷产生的原因，并提出了质量改进措施。
关键词：退火；罐装轴承线材；脱碳；球化欠热
关键词：退火；罐装轴承线材；脱碳；球化欠热
引 言
江苏锡钢集团有限公司上马了一台台车式退火炉，炉体较大(长17000mm×宽3500mm×高1900mm)，采取罐装盘条双排装料退火，每炉退火18件料(约35t)，燃烧方式采取城市管道煤气，炉体两侧共52支烧嘴下部供热，排气方式采用两侧小烟道、炉尾合并大烟道。在退火过程中不同程度的出现了罐上部料表面脱碳超标和罐下部料球化欠热质量问题。
1、球化退火过程中质量缺陷产生的原因
江苏锡钢集团有限公司上马了一台台车式退火炉，炉体较大(长17000mm×宽3500mm×高1900mm)，采取罐装盘条双排装料退火，每炉退火18件料(约35t)，燃烧方式采取城市管道煤气，炉体两侧共52支烧嘴下部供热，排气方式采用两侧小烟道、炉尾合并大烟道。在退火过程中不同程度的出现了罐上部料表面脱碳超标和罐下部料球化欠热质量问题。
1、球化退火过程中质量缺陷产生的原因
1.1表面脱碳超标产生的原因
脱碳是钢在加热时表面碳含量降低的现象。钢的脱碳过程有两个环节：一是表面碳原子被氧化；二是表面的碳丢失，引起表面碳浓度的降低。根据化学平衡原理，心部碳向表面扩散移动，因此脱碳层会不断增加，时间越长则脱碳越严重。
脱碳的实质是钢中碳原子在高温下与氧和氢等发生作用生成一氧化碳。一般而言，钢的氧化与脱碳同时进行，其扩散均在Ac1相变点以上高温下发生。当钢表面氧化速度小于碳从内层向外层扩散的速度时发生脱碳；当氧化速度大于碳从内层向外层扩散的速度时发生氧化。因此，氧化作用相对较弱的氧化性气氛中容易产生较深的脱碳层。
脱碳的实质是钢中碳原子在高温下与氧和氢等发生作用生成一氧化碳。一般而言，钢的氧化与脱碳同时进行，其扩散均在Ac1相变点以上高温下发生。当钢表面氧化速度小于碳从内层向外层扩散的速度时发生脱碳；当氧化速度大于碳从内层向外层扩散的速度时发生氧化。因此，氧化作用相对较弱的氧化性气氛中容易产生较深的脱碳层。
罐装线材退火，装料时罐内存有一部分空气，在密封的情况下退火，线材表面形成一层很薄且致密的氧化铁皮。根据不同工艺的试验，发现如果炉内气氛温度长时间≤780℃，则脱碳层深度较浅，而升温8h后，炉内气氛温度长时间≥780℃，则脱碳层深度超标，这说明在高温时铁的氧化速度小于碳的扩散速度。
1.2球化欠热产生的原因
球化欠热的主要原因是线材球化温度低于相变温度。
罐装轴承线材球化退火同时存在罐上部料表面脱碳超标、罐下部料球化欠热的主要原因是上下的料温差较大(升温8h后，料上部温度高、下部温度低，温差40℃左右)。
2 工艺改进措施
2.1线材表面脱碳的改进措施
为了降低表面脱碳层深度，首先采取了罐内用托盘加入适量的木炭和细小的铸铁铁屑的方法。木炭用于燃烧空气中的氧气；加入铸铁铁屑，由于铸铁的含碳量高于GCr15、活性比线材活性强，可减少线材的脱碳。
2.2球化欠热的改进措施
为了减小保温时料上下温差，要求升温过程中，在料上温度≤770℃时(升温约8h)，提高炉内气氛温度，炉顶温度Z高可达800℃，这样可以尽量减小上下料温差；当料上温度≥770℃，料下温度≥750℃时，炉顶温度要求降低在780-785℃范围内保温，这样可以限制料上温度升高，同时缓慢提高料下温度，直到料下温度≥765℃且透烧后，保温结束。降温时要求冷却速度≤30℃/h，降至料温≤650℃后出炉空冷。
为了减小保温时料上下温差，要求升温过程中，在料上温度≤770℃时(升温约8h)，提高炉内气氛温度，炉顶温度Z高可达800℃，这样可以尽量减小上下料温差；当料上温度≥770℃，料下温度≥750℃时，炉顶温度要求降低在780-785℃范围内保温，这样可以限制料上温度升高，同时缓慢提高料下温度，直到料下温度≥765℃且透烧后，保温结束。降温时要求冷却速度≤30℃/h，降至料温≤650℃后出炉空冷。
2.3退火炉操作措施改进
退火过程中应重点控制炉膛压力大小、助燃风大小、烧嘴开度的大小。
2.3.1炉膛压力大小控制
为了降低料的上下温差，采取升温前期(约5h)，控制炉膛压力微负压(一5～一1Pa)；升温后期，控制炉膛压力微正压(0～5Pa)，避免负压时间过长而使料下部分脱碳超标；保温时，控制炉膛压力微正压(20～30Pa)，提高炉内气氛的均匀性。
2.3.2助燃风大小控制
升温时，煤气使用量较大，助燃风应根据煤气流量适当开大(约20％)；保温时，煤气使用量较小，助燃风相对关小(约16％)。助燃风的大小，取决于煤气的使用量，助燃风过大，则炉内料温的均匀性较差，而助燃风过小，则炉内的火焰太短，不利于减小料上下温差。
2.3.2助燃风大小控制
升温时，煤气使用量较大，助燃风应根据煤气流量适当开大(约20％)；保温时，煤气使用量较小，助燃风相对关小(约16％)。助燃风的大小，取决于煤气的使用量，助燃风过大，则炉内料温的均匀性较差，而助燃风过小，则炉内的火焰太短，不利于减小料上下温差。
2.3.3烧嘴开度大小的控制
升温时，煤气热值高则烧嘴的整体开度适当减小，否则烧嘴前的压力过小、炉内火焰较短，不利于减小料上下温差；煤气热值低则烧嘴的整体开度开大，在炉内火焰长度达到要求的情况下，利于烧嘴调节。根据炉内料的均匀性，适当个别调整烧嘴的大小。
2.3.4改进效果
升温时，煤气热值高则烧嘴的整体开度适当减小，否则烧嘴前的压力过小、炉内火焰较短，不利于减小料上下温差；煤气热值低则烧嘴的整体开度开大，在炉内火焰长度达到要求的情况下，利于烧嘴调节。根据炉内料的均匀性，适当个别调整烧嘴的大小。
2.3.4改进效果
采取前述改进措施后，江苏锡钢公司球化退火轴承线材质量球化级别为1.5～4.0级，脱碳深度0.01～0.15mm，可以满足用户要求。
3 结束语
江苏锡钢公司从工艺、操作两方面对轴承钢 (GCrl5)线材退火过程进行改进后，较好地解决了上部料表面脱碳超标和下部料球化欠热问题，减少了质量损失。
