讲义——钢锭及钢坯加热基本知识讲解

《讲义——钢锭及钢坯加热基本知识讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《讲义——钢锭及钢坯加热基本知识讲解（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、钢锭及钢坯加热 基本知识 杨观强 前言： 加热是锻造项目的第一步，加热的好坏不仅决 定了锻造操作的成败，而且对工件质量、生产效率 具有重大影响。 由于金属的变形抗力随着加热温度升高而降低 ，加热的目的就是提高金属塑性，使工件内部 组织 均匀，有利于金属流动成型并获得良好的锻后组 织。 所以正确的加热时提高锻造生产率、保证锻件 质量、节约能源消耗、降低锻件成本的重要环节。 一、锻造加热的基本方法与设备 按使用的能源不同，锻造加热方法可分为火焰加热和电 加热两大类。 1. 火焰加热 火焰加热是利用燃料（煤、焦炭、重油、柴 油、煤气、天然气等）在火焰加热炉内燃烧，产生含有大量 热能的高温气体（火焰）

2、，通过对流、辐射把热能传给被加 热金属表面，再由表面向中心传导，将金属加热。 火焰加热具有燃料来源方便、炉子修建较容易、加热费 用低和加热的适应性强等优点。因此，在锻造加热被广泛采 用。其缺点是劳动条件差、加热速度较慢及加热质量较难控 制等。 2. 电加热 电加热是通过把电能转换为热能来加热金属。 电加热与火焰加热相比，它的优点是加热速度快，炉温 易于控制，氧化脱碳少，劳动条件好，便于实现机械化和自 动化。缺点是对被加热材料的尺寸和形状的适应性不够强， 设备结构复杂，投资费用高，加热成本高等。 火焰加热常用燃料 燃料的种类及优缺点 燃料按供应状态可分为三类： 固体燃料指煤、焦炭等。 液体燃料指

3、重油、柴油等。 气体燃料指煤气、天然气等。 各种燃料都含有可燃物质和不可燃物质。 可燃物质有碳、氢、硫、一氧化碳、甲烷和硫化氢等。 但硫和硫化氢都是金属加热中的有害物质，因为硫燃烧的产 物易渗入被加热金属中，使金属产生高温脆性（红脆），还 会影响加热炉的寿命和污染生产环境，损害人的健康。硫化 氢虽然在燃料中含量很少，但它是带有臭味的有毒气体，必 须严防泄漏和注意环境通风，否则会发生中毒。 不可燃物质有灰分（有氧化硅、铝钒土等矿物质组成 ）、水分、氮气、二氧化碳和二氧化硫等。 由此可见，燃料中的碳、氢含量越多越好；而灰分、水 分、特别是硫的含量越少越好。 种类名称Q/(J/kg或J/m3)着火温

4、度 / 优缺点 固体燃料 烟煤(2134)106300350 优点：价格便宜、发热量高 缺点：不能达到完全燃烧，燃烧 时烟灰大，温度不易控制，劳动 条件差，劳动强度大 焦炭(2539)106650800 液体燃料重油(4044)106500650 优点：发热量高，温度易控制 缺点：需增加辅助设备 气体燃料 天然气(3452)106500600 优点：与空气易混合、燃烧完全 ，可预热，温度易控制，干净 缺点：有毒，易爆，应有严格的 安全措施 发生炉煤气(4865)106700800 由于我厂采用的是重油、煤气、天然气。所以 此处重点介绍一下这三种燃料： 重油是石油提炼汽油、煤油和柴油后的一种剩

5、余物。重油的优点是发热量高、升温快，加热质量 好，易于控制炉温，劳动条件较好，炉子结构简单 等。缺点是使用中需要预热和贮存，需增加辅助系 统设备。重油在锻造加热中应用较多。 煤气和天然气属于气体燃料。与固体燃料和液 体燃料相比，气体燃料的主要优缺点是与空气混合 完全，燃烧完全；可以预热，从而提高燃烧温度； 燃烧过程易控制，随时可以调节炉温、压力和火焰 长短；运输方便；劳动条件好。因此，气体燃料是 一种理想的燃料，在锻造加热中被广泛地使用。气 体燃料的缺点是有毒和不易贮存。 加热设备锻造加热炉 锻造加热炉是锻造生产的重要设备。加热炉的性能 对加热质量、锻件质量、合理利用能源、保护环境、改 善劳动

6、条件、提高锻造生产率及降低锻造生产成本等都 有很大的影响。 加热炉应具有的性能： 1、热效率要高，加热炉要求炉内温度高，所以多采用间 歇式加热炉，炉内温度为燃烧煤气的温度，热效率很低 仅为10%40%，所以有效的回收损失的排出燃烧热量 很重要，现在主要有两种方法： 充分利用排出燃烧气体的热量预热燃烧用空气； 用排出的燃烧煤气预热坯料。 2、炉内温度分布要均匀。 3、加热炉操作要实现自动化。 4、维护费用要低。 加热炉的分类：炉子的分类有很多种方法，我这 里讲一种综合分类； 间歇式炉：用于尺寸较小的坯料以及不同种类材料 的加热，坯料的进出多采用自动行走式机械手，为此 要采用炉子进深较浅的加热炉。

7、这种炉开间宽度大， 为适应要求加热温度低的材料加热，教多的炉子设有 双炉室和双炉门。 推杆式加热炉：该路初始成本低，多用于小直径坯 料的加热，由于常出现有些坏料留在炉内或者坯料之 间产生汉和现象，所以最好用小型环形轧制用加热 炉。 台车式加热炉：用于大型钢锭的加热，由于加热时 间长，在台车上容易堆积氧化皮，所以要经常进行人 工清理，且要求台车车架要坚固。 台车加热炉 加热设备发展动态： 就是由于加热原因，我厂是污染大户，从环保角度 来看，一个很重要的问题是要控制二氧化碳的排放总量 ，提高炉子的热效率。所以需要从以下几个方面加以改 进： 1、改进耐火材料：采用好的耐火材料能加强密封性，大 大减少

8、加热炉的维护成本。 2、改进燃烧装置：提高燃料进气量的可控性，减少氧化 皮。 3、改进加热炉密封方式。 4、实现无人操作：锻造加热炉工作环境非常恶劣，对人 身有较大影响，所以应当魔球燃烧、温度、装卸控制的 完全自动化，充实安全装置。 5、节省空间降低设备费用：期望以后能开发出轻量热效 率高的能节省燃料的新一代加热炉。 烘炉注意事项 烟道、烟囱砌好后应进行烘烤。其烘烤次序是首先烘烤烟囱，其次 烘烤烟道和其它部位，待烟囱、烟道产生足够抽力时再烘烤加热炉炉 体。 烘炉过程中要尽量使温度的上升和分布保持均匀，并认真观察砌体 和砌体内金属埋设件及其它金属部件的膨胀情况和拱顶的变化情况， 出现问题应及时处

9、理。 对于上拉杆可调的拱顶钢结构，升温过程中应注意调整。 炉子有水冷却的部位，烘炉应通水冷却(其排水温度以4050为宜) 。 点火时非操作人员应离开现场。 150以下用木材进行烘烤，150以上才允许使用气体或油燃料进 行烘烤（用一半下排烧嘴，每隔1h换一次，在850以上才允许用上排 烧嘴烘烤）。 烘炉过程中，每1h详细记录一次炉膛压力、炉体变形程度、烟道抽 力、烧嘴与烧嘴砖的同心度，以及其它缺陷和采取补救的措施。 原始记录整理后保存备查。 加热炉的一般维护保养 1) 加热坯料大小应与炉子规格相适应，避免小炉子加热 过大的坯料。 2) 加热炉最高温度应符合炉子技术要求，不要把炉温提 得过高，以免

10、烧坏炉子。 3) 装、出料时应避免严重碰撞炉门和炉底。 4) 经常清理氧化皮，以减轻氧化皮对炉底的侵蚀。 5) 加热炉活动部分(如炉门、台车、推杆等)应定期加油和 检查。 6) 对易锈的金属结构部分应涂刷耐热防锈油漆。 7) 对砌体结构、预热器、管路和通风系统应定期检修。 8) 加热炉出现不正常时，不能勉强生产，应及时检查、 修理。 9) 严格遵守炉子的操作规程。 二、钢的合金组织及加热原理 钢是熔合两种元素以上的合金，碳钢就是熔合铁、碳元 素所组成的铁碳合金。 铁和碳二元素组成多种不同的合金组织如铁素体、渗碳 体、珠光体、奥氏体等。 .铁素体（F）铁素体是一种以铁为基溶有少量碳的固溶体。 塑

11、性好，但强度很底，硬度大约等于HB80100。 .渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁和碳的化合物(Fe3C)，具有很 高的硬度 HB800，脆性极大，塑性几乎等于零，在铁碳 合金中能起着强化基体的作用。 .珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的混合物。如果珠光 体中渗碳体以片状存在时称片状珠光体，其片距大小决定了 组织的性能。珠光体硬度一般为HB200250。 .奥氏体（A）奥氏体是一种高温组织(当钢中含有一定数量 的镍、铬、锰等合金元素时，在室温下也能存在)。硬度约 HB170220，有极好的塑性。 碳钢在加热后相变组织的变化 详见铁-碳相图（也叫铁碳平衡图、Fe-Fe3C状态图）。 在常用钢范畴，

12、主要是三条线。 在727(PSK线)发生共析反应，此时奥氏体A (0.77C) ，铁素体F (0.0218C)，渗碳体Fe3C(6.69C)三相共 存。冷却时反应的结果形成铁素体与渗碳体的混合物，通 称珠光体P。共析反应温度常标为A1温度（A1线即为PSK 线）。 GS线：奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏 体的转变线，称A3温度（即A3线）。 ES线：碳在奥氏体中的溶解限度线,称Acm温度（即Acm线 ）。在ABcm温度以下时，奥氏体中将析出渗碳体，称为二 次渗碳体，以区别于从液态中析出的一次渗碳体。 工程上依据铁碳平衡图把铁碳合金分为三类，即工业纯 铁(C0.021)、钢(0.02

13、12.11C)和铸铁(2.116.69C) 。在制定钢铁材料的铸造、锻轧和热处理工艺等方面，也常 以铁碳平衡图为依据。实际加热时钢铁的临界点往往高于铁 碳平衡图上的临界点，冷却时则低于平衡图的临界点。如图 313所示，习惯上以A表示平衡图上的临界点,沿用奥斯蒙 以法文加热的首字母c及冷却的首字母r分别标志加热和冷却 ，Ac表示加热时的临界点，Ar表示冷却时的临界点。 在加热的过程中，实际相变温度比相图上的平衡温度要 略高几度，而在冷却过程中，实际相变温度比平衡温度要略 低几度，见图。因此，通常将钢的临界点温度（A1、A3、 Acm）分别标以c（Ac1, A3, Acm）和r( Ar1, Ar3

14、, Arcm),用来 表示钢在加热和冷却时发生相变的温度。 770水平线表示铁素体的磁性转变温度,常称为A2温 度。在此温度以下,铁素体呈铁磁性。230水平线表示渗碳 体的磁性转变温度。磁性转变时不发生晶体结构的变化，渗 碳体在230以下呈铁磁性。 加热时奥氏体晶粒的长大：钢在加热时不仅发生 组织转变,而且晶粒还会长大.45钢加热时的组织转变 和奥氏体长大的状况见上图。 当温度升到AC1时，原组织中的珠光体开 始转变为 细小奥氏体晶粒。温度达到AC3时铁素体全部溶入奥 氏体，全部组织为细小的奥氏体晶粒。若温度逐渐升 高，则奥氏体晶粒也随之逐渐长大，但长大趋势开始 较快，而后渐渐慢。在一定温度下

15、，奥氏体晶粒则随 着保温时间的增加而长大，但晶粒长大到一定时间后 ，即使再延长保 温时间，也变化不大了。加热温度 和保温时间对晶粒长大的影响，如下图所示： 加热对晶粒长大的影响 应该指出，促使奥氏体晶粒长大的因素，主要是加热 温度，另外，还和钢中含碳量及合金元素含量有关，一般 含碳量增加，晶粒长大，晶粒长大倾向性增大。但合金元 素对晶粒长大的影响情况不尽相同，凡是能形成稳定碳化 物的元素，如钨、钛、钒、 钼、铌等，都能够抑制奥氏体 晶粒的长大，而锰和磷却会促使奥氏体晶粒的长大，所以 锰钢加热时特别要注意防止晶粒的长大。 奥氏体晶粒的大小用晶粒度来衡量。奥氏体晶粒度可 分为： 1）起始晶粒度 ：

16、是指铁素体向奥氏体转变刚完成时的奥氏 体晶粒度大小，一般细小，但实际应用少。 2）实际晶粒度 ：指某一具体热处理或热加工条件下所得到 的奥氏体晶粒大小，通常在大多数检测范畴里指的是最后 一次A3线以上重结晶结束开始冷却时的奥氏体晶粒的大小 ，它可在室温下用特殊方法腐蚀后显示出原先的晶界，从 而测定我们平时所说的“奥氏体晶粒度”，锻件的一 般要求为5级以上。 3）本质晶粒度：表示在930保温（38）h下某种钢的奥 氏体晶粒大小，主要看晶粒长大的倾向。钢铁材料的晶粒度 一般指实际晶粒度，若用常用的10级标准区别，可以简略地 界定：13级为粗晶粒，46级为中等晶粒，78为细晶 粒。910级为超细晶粒。锻件的晶粒大小，按标准晶粒度 评级图进行检验和评定。 三、加热缺陷 钢加热时产生的缺陷有：氧化皮、脱碳、过热、过烧等。如果进 行正确的加热，这些缺陷可以减少或避免。 ）.氧化皮 钢加热时，都会发生氧化，钢的表面形成一层氧化皮，又称火耗 损失。研究认为，氧