电渣轴承钢球化退火过程中脱碳超标产生原因及改进措施

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电渣轴承钢球化退火过程中脱碳超标产生原因及改进措施

摘要本文依据钢材热处理时产生氧化和脱碳的基本原理，结合XX公司现有罩式退火炉对轴承钢进行冷拔坯料球化退火的特点，对轴承钢（GCr15）冷拔材产生脱碳超标原因进行了分析，并制定了能够满足产品标准要求的改进措施。

关键词电渣轴承；钢球化退火；脱碳超标；对策；分析

0引言

电渣轴承钢是用于制造滚动轴承（滚珠）的主要钢材，XX公司有三十余年生产轴承钢的历史，是国内轴承钢主要生产基地之一，本公司所采用电炉+LF炉外精炼+VD真空脱气+ESR电渣重溶双联工艺生产的铁路货车用滚动轴承用钢和高精度冷拔百度搜索：99建筑网,查看数百万资料
四、六级品，一直处于国内领先水平，它是铁道部指定的四家铁路货车轴承用钢定点生产厂家之一，电渣轴承钢的销售量占全国铁路货车轴承用钢约占50%。然而，因轴承钢脱碳超标必须采用车削工艺生产从而影响了成材率及生产成本，另一方面轴承钢冷拔材脱碳用户复检合格率低。因此，用户提出了脱碳超标异议，用户要求退货及索赔，这方面严重影响了公司产品的信誉和经济效益的提升，本文依据钢材热处理产生脱碳的基本原理，并根据XX公司生产实际情况验证，从中找到了电渣轴承钢球化退火产生脱碳的原因，并依此制定出了行之有效的改进措施。脱碳会降低钢材的淬火硬度和耐磨性，所以对于高硬度状态使用的轴承钢是非常有害的缺陷，同时，脱碳后任何热处理状态的钢材的疲劳强度都会降低，所以，受循环载荷的铁路货车用轴承钢（滚珠）必须防止脱碳。

1原因分析

1.1脱碳的产生原因

二氧化碳和水蒸汽对钢是氧化性的，所以钢在含有气体的气氛中加热，会按下式发生反应而生成氧化皮：

这些气体还会与钢中的碳按下式反应而引起脱碳：

1.2表面脱碳超标产生原因

从钢的脱碳环节来看，主要包含两个过程，第一个是钢表面碳原子被氧化的过程；第二个过程中钢表面碳原子的浓度不断降低，根据化学质量平衡的原理，位于中心部位的碳原子将不断向两边扩散，所以导致碳脱层也在不断增加，消耗的时间越长，脱碳越明显。从化学角度上分析，脱碳其实指的就是钢中碳原子在高温的作用下跟氧原子和氢原子产生化学反应产生出CO，在一般情况下，钢表面的氧化反应跟脱碳反应是同时进行的，两者都是温度高于AC1这个相变点才发生的。如果钢表面的氧化速度小于碳原子从钢内层向外层逐渐扩散的同时产生氧化反应，因此，氧化作用在相对较弱的氧化性环境中更容易出现较深的脱碳层。

当罩氏炉退火以后，在装钢后炉灶中还会剩下一部分的空气，在这个时候进行盖罩封闭后，钢材的表面就可以形成一层厚度很薄并且致密的氧化化皮。根据生产实践经验证明，如果炉子内部的空气温度长时间低于或者等于780℃，那么产生的脱碳层的深度一般为0.10 mm～0.15mm，但是当温度高于780℃的时候，并且持续7个小时以后，炉内的脱碳层深度一般为0.20 mm～0.35mm，这充分说明了在高温条件下，铁的氧化速度要比碳的扩散速度更慢。

1.3球化退火温度低的产生原因

产生球化退火温度低的主要原因是因为钢材球化退火时的温度低于相变需要的温度。罩式退火炉在对电渣轴承钢进行球化退火时·，在炉上层的钢材表面脱碳会超标，而炉下层钢材球化温度低的情况存在，其主要原因是因为同一炉上下层的钢材有较大温差，在钢材装炉升温后7小时后，这时炉内钢材上部温度高，下部温度低（温差30℃-40℃）。

1.4球化退火温度低的改进措施

为了尽可能的缩短保温的过程，炉内钢材上、下两层之间的温差，就需要在升温过程中，当钢材上层的温度差低于770℃的时候进行升温处理，从而提高炉内的气氛温度，将炉内的温度升高至780℃，这样做的主要目的是为了降低上、下钢材之间的温度差；当钢材上层的温度高于770℃的时候，应该将炉顶的温度下降至770℃～775℃范围内，这样不仅可以有效控制钢材上层温度的升高，还可以逐渐降低钢材下层的温度，一直当钢材的温度超过765℃并且烧透后，整个保温环节结束。

1.5退火炉操作措施的改善

对于退火炉操作措施的改善主要是要重点掌握好炉膛压力、烧嘴开度以及助燃风三个方面。

1.5.1炉膛压力大小的调整

为了将炉膛的压力降低，又避免负压和时间过长造成的钢材下层脱碳超标的现象，可以利用保温时间控制好炉膛压力的微正压，并提高炉膛内气氛的均匀性。

1.5.2烧嘴开度大小的调整

在升温的过程中，当煤气的发热值高的时候，要适当的减小烧嘴的整体开度，如果不这样的话就容易导致烧嘴前压力过小，炉内火焰时间短，这样不利于降低钢材上、下层的温度差，当煤气的发热值低的时候则应该适当的增加烧嘴整体开度。

1.5.3助燃风大小调整

升温时，助燃风应根据煤气流量适当开大，保温时，煤气使用量较小，助燃风相对关小。助燃风的大小主要是根据煤气使用量决定的，如果助燃风过大，则炉内的火焰太短，不利于减小炉内钢材上下层温差。

2结论

通过生产工艺、退火操作两方面对电渣轴承钢球化退火生产过程进行了改进后，基本解决了钢材表面脱碳超标问题，轴承钢冷拔材脱碳指标用户复检合格率达95%以上，满足了产品标准要求，同时，公司的效益有了明显改善。

参考文献

[1][日]吉田亨.预防热处理废品的措施等著[J].机械工业出版社，1979（11）：114.