针布钢丝球化退火脱碳分析

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1、针布钢丝球化退火脱碳分析申志军(无锡市纺织器材厂 214031)张跃建(无锡市汇丰集团公司 214031)摘 要: 从理论和实践出发,分析针布钢丝在球化退火过程中脱碳层的形成原因,并结合实践过程中总结的经验,提出针布钢丝球化退火处理时防止氧化脱碳的具体方法和措施。关键词: 针布钢丝 球化退火 氧化脱碳Superficial Analyses on Decarbonisation of Card Wire inSpheroidal AnnealingShen Zhijun( Wuxi Textile Equipment Factory 214031)Zhang Yuejian( Wuxi Hui

2、feng Group Co1 214031)Abstract : To analyze the reason for forming oxido - decarburized layer for card wire in spheroidalannealing pracess from theory and practice , put forward the concrete methods and measures forpreventing oxido - decarbonisation combining summarized experience in practice.Keywor

3、ds : card wire; spheroidal annealing; oxido - decarbonisation金属针布是我厂的主要产品之一,我厂 拥有从线材拉拔到金属针布制造的整套生产设备。针布钢丝的球化退火是先将冷变形钢 丝倒成有序排列的钢丝卷(每件大约85kg) , 然后吊装到井式气体渗碳炉中,以乙醇裂解 气做保护气氛,在A1温度以下等温球化。 由于设备较陈旧及工艺不够完善,氧化脱碳始终是困扰生产的一个老大难问题。特别是 自我厂采用三联轧机和冲、 淬、 卷联合机组制 造针布新工艺后,对针布钢丝脱碳层深度提 出了更高的要求。以前,我们是用无水乙醇 代替工业乙醇缓解这对矛盾。然而,

4、这无疑增加了金属针布的生产成本。况且,这种方 法也只能治标,不能治本,不能从根本上解决 矛盾。为此,笔者试图从热处理设备和球化 退火工艺等处着手,探讨解决这对矛盾的有 效方法。1 球化退火针布钢丝脱碳原因分析 针布钢丝球化退火的目的: (1)降低硬度,提高塑性,以利冷轧、 冲齿、 切削等加工;(2)得到良好的原始组织,为齿尖淬火做好组织准备。在球化退火过程中,针布钢丝氧化脱碳层的形成,是因为炉内存在氧化气氛,同时,在700 以上,碳原子已经具有足够的扩散能,而表层碳原子易于扩散到钢丝表面,与氧发生化学反应,生成CO或CO2,导致钢丝表层脱碳。这时,炉内气氛的氧化性愈强,则钢丝表层愈易脱碳,脱碳

5、层深度也愈深。在针布钢丝的球化退火过程中,由于通常所用的乙醇都溶解有不同程度的水,炉内温度在700左右时,存在如下化学反应:C2H5OHCH4+ CO + H2;C + H2OCO +H2;C + O2CO2;C + 2H2CH4;Fe + H2OFeO + H2。在A1温度以下,C2H5OH的分解是很不完全的,分解程度随温度、 滴注量、 在炉内停留时间的长短的变化而变化。温度愈低,滴注量愈大,在炉内停留时间愈短,乙醇的分解愈不完全。如果乙醇中的含水量较多,或者由于炉子漏气,渗入其他氧化性气第22卷 第6期 总第131期金 属 制 品1996年12月 Vol. 22No. 6Total No.

6、 131Steel Wire ProductsDecember.1996氛,则炉内的气氛就会由弱还原性而变成氧 化性,从而导致钢丝脱碳和氧化。笔者曾用三种乙醇溶液(见表1)作为滴量剂,滴注量为0115l/ h ,分别在3 #井式气体渗碳炉中处表1 三种乙醇溶液组分%编号甲醇乙醇丙酮水1 #/99/12 #/94125/51753 #217079119619511105理钢丝,用1 #滴量剂处理的钢丝的脱碳层深度 0105mm ,用2 #滴量剂处理的钢丝的脱碳层深度 0115mm ,用3 #滴量剂处理的钢丝的脱碳层深度最深达0126mm。由此可见,乙醇的含水量是影响钢丝脱碳层深度的一个重要因素。

7、同时,炉子的密封性能也是影响钢丝脱碳层深度的重要因素。这在以往的实践中已得到证实。在滴量剂组分一定、 炉子性能良好的状态下,炉温是影响球化退火针布钢丝脱碳层深度的重要因素。它的影响主要表现在两个方面:一是滴量剂的分解程度随温度的升高而增大,所以炉内气氛的还原性增强,降低钢丝的脱碳层深度;二是随着炉温的升高,钢丝表面的碳原子活性增大,表层碳原子的扩散速度加快,因而与氧发生化学反应的机会增多,钢丝愈易脱碳。笔者曾以2 #乙醇溶液作为滴量剂(滴注量为0115l/ h) ,做了一系列有关炉温与球化退火钢丝氧化脱碳层深度的关系的实验,实验结果见表2。表2 炉温与脱碳层深度的关系炉温/6606807007

8、20740脱碳层深度 最大值/ mm01050105011001150120脱碳件数/件34458球化级别/级 (保温8h)1152 2215 2153 3315 3155由表2可知,钢丝表层脱碳层深度随炉 温的升高而增加,可见,碳原子活性提高对脱 碳层深度起着主导作用。2 防止氧化脱碳的方法和措施 前面提到,乙醇的含水量以及炉子的密 封性能是影响钢丝脱碳层深度的重要因素, 因此,改善炉子的密封性能,提高乙醇的纯度 是降低针布钢丝在球化退火过程中脱碳层深度的可行方法。我厂曾用无水乙醇作为滴量 剂,得到了钢丝脱碳层深度 0105mm的理 想结果。 另外,我厂引进一台真空退火炉,用纯氮(纯度991

9、99 %以上)作为保护气氛,经过调试,也得到了钢丝脱碳层深度 0105mm的 理想结果。但是,这两种方法都不同程度地 提高了生产成本,这对于一个企业来说,如非 不得已,是不愿意采用的。 我们知道,钢丝表层的碳原子当其温度达到700 以上时,已经具有足够的活性,也 就是说具有了足够的能量克服位错、 孪晶、 晶 界、 亚晶界等束缚,扩散到钢丝表面,与氧反 应而逸出,导致脱碳。因此,我们能否把球化 退火工艺温度降低到700 以下?为了解决这个问题,笔者曾做过多次实验,实验是在真 空退火炉中进行的(但并非真空状态) ,只是 借助真空炉的密封性能,充入纯氮做保护气 氛。经过多次调整,最后采用的球化工艺是

10、68012h ,共做5炉丝的球化退火实验,取得了令人满意的结果。脱碳层深度全部控制 在0110mm以内,其中90 %脱碳层深度 0105mm ,球化级别也都在215315级之间。 只是钢丝表面覆盖着一层黑色薄氧化皮。 为了进一步提高针布钢丝球化退火质量,我们在真空退火炉中做了进一步的改进 实验,增添了与井式气体炉一样的滴注式设 备,将冷拔钢丝吊装到炉罐内(低温) ,盖上炉 盖,上紧扣紧装置,然后抽气至真空压力表读14第6期申志军等:针布钢丝球化退火脱碳分析数为- 011MPa后,充入纯氮至压力表读数 为+ 0102MPa ,吊入炉膛中加热,保持真空压 力表读数为+ 0102MPa。当炉温达到6

11、80时,滴入工业乙醇,滴注量为0105 l/ h ,保温12h后停滴,将炉缸吊出炉膛坑冷。注意保 持炉缸内压力为正压。经这样处理后的钢丝 表面近乎光亮,脱碳层几乎为零,球化级别均 在215315级之间,达到了预期目的。3 结论 球化退火针布钢丝的氧化脱碳与以下几 种因素有关:(1)滴量剂乙醇溶液的含水量是导致钢丝脱碳的主要因素之一。含水量愈高,炉内气氛的氧化性愈强,愈易产生脱碳。 (2)热处理炉的密封性能也是影响钢丝脱碳的重要因素。(3)球化退火的工艺温度也对钢丝脱碳层深度起重要影响,炉温愈高,一方面由于乙醇分解愈完全从而具有降低钢丝脱碳层深度 的可能性;另一方面由于碳原子的活性增大,有了更多

12、的机会与氧反应生成CO或CO2, 加快了钢丝表层脱碳的速度,从而加大了脱 碳层深度,并且后者的影响大于前者。在实验过程中,曾得到本厂拉丝车间、 理化室工 作人员的大力支持和帮助;在本文撰写和修改过程 中,得到技术装备部陈海涛部长、 阙浩英高工的悉心 指导,在此,笔者向他们表示衷心的感谢。参 考 文 献 1 费青等.金属针布的设计制造和使用 1 北京:纺 织工业出版社,1990 2 曾祥模 1 热处理炉 1 西安:西北工业大学出版 社,1989 3 热处理手册编写组 1 热处理手册 1 北京:机械工 业出版社,1991 (19960311收稿)作者简介申志军 男,1969年1月出生。1993年7

13、月毕业于湖南省湘潭大学金属材料及热处理专业。现在无锡市纺织器材厂工作,助理工程师。负责针布钢丝的热处理工艺,钢丝的拉拔工艺。制品院无锡办事处举办成立6周年庆典活动冶金部金属制品研究院无锡办事处成立6周年庆典活动于11月9日上午在锡海宾馆举行。来自全国制品行业的60余单位近百名佳宾出席了庆典活动并题词、 赠言、 赠匾及财、 物。庆典活动由研究院戴宝昌副院长主持,杨建华院长致欢迎词,对光临活动的来宾表示热烈欢迎,对多年来对制品院和办事处工作给予支持的广大制品界朋友们表示诚挚谢意,表达了制品院在搞好内部机制转换,走科技产业化道路的同时,将继续更好地为行业服务的愿望。 金属制品 期刊顾问、 行业专家蒋

14、冶鑫、 无锡市钢丝绳厂党委书记陆振华、 中国钢协线材制品行业协会秘书长沈世续、 宁夏石嘴山钢铁厂科技处主任工程师缑庆林、 咸阳石油钢管钢绳厂副总工程师胡坚石、 湖北汉川钢丝绳股份有限公司副总工程师夏木阳、 天津东亚特勒西化学工业有限公司总经理李国英、 国营南海机电厂二分厂经销部副部长马克联等发表了热情洋溢的讲话,他们一致肯定了制品研究院为行业发展所做出的成绩和贡献;对易人重振办事处寄予厚望,表达了将与办事处友好合作、 共创辉煌的愿望。现任无锡办事处主任文一元致答谢词,她衷心感谢众多佳宾及新老朋友的光临和热情鼓励,同时深感肩负重担的份量,并决心依靠制品行业的支持和帮助,依靠自身努力和拼搏,勇于开拓,顽强进取,不负众望,把无锡办事处办成研究院面向全行业的窗口;同时将其办成中国线材制品面向世界的窗口,并热忱欢迎同行们与办事处保持、 加强联系,共图发展。来宾们步行到离锡海宾馆一箭之地的办事处,对其天时、 地利的位置和条件表示赞赏。庆典活动在热烈、 祥和、 友好的气氛中结束。(文)24金 属 制 品第22卷