钢坯加热工艺
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1 范围本规范规定了本厂生产、供本厂锻造用的电炉锭、电渣锭与钢坯炉窑加热工艺的编制要素、导则和方法。
本规范适用于冷热钢锭于钢坯。
2 引用标准下列标准所包含的条文,通过本标准中引用而构成本标准的条文。
本标准出版时所示版本均为有效。
所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
DYⅡ-39-93 热送钢锭冷处理工艺守则DYⅡ-3-39 水压机自由锻锻后冷却及锻后热处理工艺守则QGSHYZ 22-93 热加工工艺文件制定规程3 名词说明和定义钢锭和钢坯钢锭锭身锻比<的成钢锭,锭身锻比≥的称钢坯。
(简称“锭”、“坯”)冷、热锭(坯)装炉时锭{坯}表面温度<400℃(且内部温度肯定低于表面温度)的称冷锭(坯),表面温度≥400℃(且内部温度肯定高于表面温度)的称热锭(坯)。
表面温度以钢锭冒口端进锭身200mm凹(圆)面处、坯料离端口200mm平面处的实际温度为准。
锻造温度保温时间指炉温(一般指炉窑顶部电偶所测温度)进入工艺规定温度公差范围、开始保持此温度,使钢锭(坯)变形区与此温度趋于基本一致所需时间。
最少保温时间指钢锭(坯)在进行表面区域变形或精锻(如倒棱、滚圆、校直、整型等)前加热到锻造温度时开始保温所需的最少时间。
普通保温时间指钢锭(坯)在进行常规锻造或粗锻(如拔长、冲孔、平整、剥边、扭曲、错移、弯曲等等)前加热到锻造温度时开始保温所需时间。
但镦粗须在此保温时间基础上延长20%。
4 要素确认按本规范编审有关钢锭(坯)的加热工艺前,一般应确定下列基本要素锻造工艺和产品技术质量要求;钢锭(坯)的规格、质量、形状、及其相关现状;加热炉规格及其工作可靠性;装炉单、装炉方式和合炉要求;有关作业方法及其有效性;测温形式及显示的正确,及时,统一性;工装,附件的匹配;作业环境适应性。
5 钢锭(坯)加热曲线和应用导则钢锭(坯)锻造温度范围分三类控制,见表3。
冷锭(坯)加热见表4、表5。
轧钢加热炉工艺流程轧钢加热炉是钢铁生产中重要的热处理设备,其工艺流程对于钢材的质量和性能有着重要的影响。
下面将介绍轧钢加热炉的工艺流程,以及其中的关键步骤和技术要点。
1. 原料准备轧钢加热炉的原料主要是钢坯,钢坯的质量和形状对于后续的加热和轧制工艺有着重要的影响。
在进行加热之前,需要对钢坯进行清洁和表面处理,以确保加热过程中不会受到污染和氧化。
2. 加热加热是轧钢加热炉的主要工艺环节,其目的是将钢坯加热到适当的温度,以便进行轧制和成形。
加热过程需要控制加热温度、加热速度和加热时间,以确保钢坯达到均匀的温度分布,并且不会出现过热或者过冷的情况。
3. 保温在加热之后,需要对钢坯进行一定时间的保温,以确保钢材内部温度的均匀分布。
保温时间的长短和温度的控制对于钢材的组织和性能有着重要的影响,需要根据具体的钢材材质和要求进行合理的调整。
4. 出炉当钢坯达到预定的加热温度和保温时间之后,需要将其送出加热炉进行下一步的工艺处理。
在出炉之前,需要对钢坯进行表面清洁和防氧化处理,以确保钢材的表面质量和成形效果。
5. 轧制出炉之后的钢坯需要进行轧制和成形,以得到符合要求的钢材产品。
轧制工艺需要根据钢材的具体要求和成形工艺进行合理的调整,以确保钢材的尺寸精度和表面质量。
6. 冷却轧制之后的钢材需要进行冷却处理,以确保其内部组织和性能的稳定。
冷却工艺需要控制冷却速度和冷却介质的选择,以确保钢材的组织和性能达到设计要求。
7. 检测最后,需要对轧制后的钢材进行质量检测和表面检查,以确保其质量和性能符合要求。
检测工艺需要包括化学成分分析、金相组织观察、力学性能测试等内容,以确保钢材的质量达到标准要求。
总结轧钢加热炉工艺流程是钢铁生产中不可或缺的重要环节,其工艺流程和技术要点对于钢材的质量和性能有着重要的影响。
通过合理的工艺流程和技术控制,可以确保钢材的质量和性能达到设计要求,满足市场的需求。
希望本文对于轧钢加热炉的工艺流程有所帮助,谢谢阅读。
目录1.钢质自由锻件加热工艺规范2.钢锭(坯)加热规范若干概念3.加热操作守则4.锻造操作守则5.锻件锻后冷却规范6.锻件锻后炉冷工艺曲线7.锻件锻后热装炉工艺曲线8.冷锻件校直前加热、校直后(补焊后)回火工艺曲线9.锻件各钢种正火(或退火)及高温回火温度表10.锻件有效截面计算方法钢质自由锻件加热工艺规范一.范围:本规范规定了钢质自由锻件的通用加热技术条件。
本规范适用于碳素钢、合金钢、高合金钢、高温合金钢(铁基、镍基)的冷、热、半热钢锭(坯)的锻造前加热二.常用钢号分组和始、终锻加热温度范围:注1:始锻温度为锻前加热允许最高炉温,由于钢锭的铸态初生晶粒加热时过热倾向比同钢号钢坯小,故两者的锻前加热温度相差20℃~30℃;注2:根据产品的特性、锻件技术条件、变形量等因素,始锻温度可以适当调整;注3:本规范未列入的钢种,可按化学成分相近的钢号确定;注4:重要的、关键产品的、特殊材质的钢号,其加热工艺曲线由技术部编制;注5:几种不同的钢种,不同尺寸的钢锭(或坯料),在同一加热炉加热时,要以合金成分高的,尺寸大的钢锭(或坯料)为依据编制加热工艺曲线。
三.冷钢坯。
钢锭加热规范:钢锭(坯)加热规范若干概念1.钢锭(坯)入炉前的表面温度≥550℃的称为热钢锭,400~550℃的称为半热钢锭(坯),≤400℃的称为冷钢锭。
2.锻件半成品坯料的加热平均直径计算原则:δ -壁厚H- 高度或长度D- 外径1)实心圆类:当D>H时,按H计算;当D<H时,按D计算。
2)筒类锻坯:H>D 当H>δ时,按1.3δ计算。
3)空心盘(环)类:H<D当H>δ时,按δ计算;当H<δ时,按H计算。
3.为了避免锻件粗晶组织,最后一火的始锻温度可按其剩余锻造比(Y)确定:Y=1.3~1.6 最高加热温度1050℃Y<1.3 最高加热温度950℃4.不同钢种不同规格的坯料同炉加热时,装炉温度和升温速度均按较低的选用,保温时间按较长的选用。
轧钢加热炉工艺流程轧钢加热炉工艺流程通常包括预热、加热和冷却三个阶段。
下面我们就详细介绍一下这个流程。
工艺的第一阶段是预热。
在预热阶段,通过将钢坯发送到加热炉中进行预热,以将其温度提高到一定的程度,以便后续的加热和轧制过程能够顺利进行。
通常,预热温度为600℃到900℃之间,时间为10分钟到30分钟。
在这个阶段,钢坯的温度平衡非常重要,因为它将直接影响到后续加热和轧制的效果。
第二阶段是加热。
在加热阶段,钢坯将被加热到所需的轧制温度。
通常情况下,钢坯的加热温度为1000℃到1200℃之间,时间为30分钟到45分钟。
加热的目的是将钢坯加热至可塑性良好的程度,以便在轧制过程中更容易改变其形状和尺寸。
在这个阶段,需要注意的是控制加热的速度和温度均匀性,以免对钢坯造成过度加热或温度不均匀,影响后续的轧制质量。
最后一个阶段是冷却。
在冷却阶段,经过加热后的钢坯将被送入冷却设备中进行冷却。
冷却的目的是将钢坯的温度迅速降低,并使其达到所需的硬度。
常见的冷却方式包括水冷、气冷和磁化冷却等。
冷却的过程通常需要十几分钟到几十分钟的时间。
在整个工艺流程中,温控是非常重要的环节。
通过在不同阶段对温度进行控制,可以保证钢坯达到所需的加热和冷却效果,从而保证轧制后的产品质量。
此外,还要注意对于不同规格和材质的钢坯,可能需要进行不同的工艺参数调整,以适应其特定的工艺要求。
总之,轧钢加热炉工艺流程是一个复杂的流程,需要严格控制各个环节的参数,以保证钢坯达到所需的加热和冷却效果。
只有通过合理的温控和工艺流程优化,才能生产出高质量的轧钢产品。
钢的热处理第一章钢的热处理热处理工艺包括:将钢材或钢制件加热到预定温度,在此温度下保温一定时间。
然后一定的冷却速度冷却下来,达到热处理所预定的对钢材及钢制件的组织与性能的要求。
1□□钢的加热1.1□制定钢的加热制度加热温度、加热速度、保温时间。
1.1.1加热温度的选择加热温度取决于热处理的目的。
热处理分为:淬火、退火、正火、和回火等。
淬火的目的是为了得到细小的马氏体组织,使钢具有高的硬度;退火及正火的目的是获得均匀的珠光体组织,因此其加热温度不同。
在具体制定加热温度时应按以下原则:热处理工艺种类及目的要求;被加热钢材及钢制件的化学成分和原始状态;钢材及钢制件的尺寸和形状以及加热条件来制定。
对于碳钢及低合金钢的加热温度:亚共析钢淬火温度:A C3以上30~50℃;过共析钢淬火温度:A C3以上30~50℃;亚共析钢完全退火:A C3以上20~30℃;过共析钢不完全退火:A C3以上20~30℃;正火A C3或A CM以上30~50℃;1.1.2加热速度的选择必须根据钢的化学成分及导热性能;钢的原始状态及应力状态;钢的尺寸及形状来确定加热速度。
如钢的原始状态存在着铸造应力或轧煅热变形残余应力时,在加热是应特别注意。
对这类钢要特别控制低温阶段的加热速度。
钢的变形与热裂倾向是以钢的化学成分及原始状态不同而不同,主要有以下几点:a) 低碳钢比高碳钢热烈倾向小;b) 碳钢比合金钢变形开裂倾向小;c) 钢坯和成品件比钢锭变形和开裂倾向小;d) 小截面比大截面的钢变形和开裂倾向小。
1.1.3钢在加热时的缺陷a) 过热:过热就是由于加热温度过高,加热时间过长使奥氏体晶粒过分长大。
粗大的奥氏体晶粒在冷却时产生粗大的组织,并往往出现魏氏组织,结果是钢的冲击韧性、塑性明显下降。
已过火的钢可以在次正火或退火加以纠正。
b) 强烈过热:加热温度过高或加热保温时间过长,使氧或硫沿晶界渗入钢中或者钢中的硫与氧在高温下溶解于奥氏体中,在冷却过程中硫或氧以化合物形态沿粗大的奥氏体晶界析出。
一.钢的加热工艺1.为什么钢在轧制或锻造前必须进行加热?钢经过加热,性质会变得比较柔软,具有较大的塑性和较低的强度,容易延伸和变形。
钢对外力的抵抗能力随着温度的提高而减弱。
如以常温为标准,那么800︒C时它将减为常温的30%,1000︒C时减为20%,1100︒C时减为14%,而1200︒C时减为4%左右。
所以为了易于进行轧制或锻造,对钢进行加热是十分必须的,加热温度一般以1100~1200︒C为宜。
轧制经过加热的钢锭和钢坯可以提高轧机产量、减少电耗、减少轧辊的磨损。
2. 对钢的加热有哪些要求?钢的加热是整个热加工生产过程中极为重要的环节,加热操作的好坏对产品质量、数量、节约能源及设备的安全均有重要影响。
因此,钢的加热应当满足下列要求:a)加热温度应该达到规定的温度,且不产生过热和过烧;b)坯料的加热温度应沿长度、宽度和整个断面均匀一致;c)钢在加热过程中所产生的氧化烧损应最少。
3. 什么叫加热温度差,钢加热的允许温差应该是多少,温度差过大有什么不好?加热温度差是指加热终了时在钢锭或钢坯断面上存在的温度不均匀性。
要求钢锭或钢坯在加热终了时沿整个断面温度完全均匀一致是比较困难的。
在保证产品质量和轧制顺利的前提下,允许存在一定的温度差。
允许温差以坯料断面每米厚度(或直径)所具有的温度差来表示。
对于一般轧机,温度差不大于150~300℃/m;对于无缝钢管穿孔,温度差应不大于80~100℃/m 。
对加热温度低和变形抗力较大的坯料,允许的加热温差应取下限。
钢锭或钢坯的加热温度差一般情况下无法捡检,通常只能通过坯料钻孔试验制订合理的加热制度来保证。
但利用先进技术,可以通过建立加热炉数学模型计算出在炉钢坯的截面温度差并在计算机里实时显示出来。
产生加热温度差太大的主要原因是加热速度太快和均热时间太短,应该延长加热时间和均热时间。
4. 什么叫钢的加热制度?在钢的加热过程中,炉子操作必须遵守的各种规定总称为加热制度。
钢坯加热温度范围的制定摘要:钢的加热对于钢材质量、产量、能耗以及机械寿命等都直接相关,采取正确的加热温度可以提高钢的塑性,降低热加工时的变形抗力按时为轧制机械提供加热质量优良的钢坯,以保证轧制优质、高产低耗。
反之,如果加热不当则可能会造成过热过烧、加热不均等缺陷,严重影响钢材的质量,同时会使设备磨损增加动力的消耗。
由此可见加热温度范围制定的重要性。
为此我们应当掌握加热工艺的基本知识,参考铁碳相图、塑性图、及变形抗力图等资料,分析不同因素对加热温度的影响才能综合确定以便能够正确制定钢的加热温度,尽量防止加热缺陷的产生。
以便获得良好的钢材质量和组织性能。
关键词:加热温度加热工艺奥氏体合金元素前言随着钢材生产技术的不断发展及市场对钢材产品质量要求的不断提高,在激烈竞争的条件下,为了获得良好的钢材表面质量和组织性能,对加热工艺、热处理工艺及加热温度制定的研究和应用就显得非常重要了。
1钢坯的加热温度1.1钢坯加热温度的概念钢的加热温度就是指钢料在炉内加热终了出炉时钢料表面的温度。
1.2 钢坯加热的目的(1)提高钢的塑性,以降低钢在热加工时的变形抗力,从而减少轧制中轧辊的磨损和断辊等机械设备事故。
(2)使钢锭内外温度均匀,初轧前在均热炉中对钢锭的加热主要目的就是为了缩小表面和中心的温差,以避免由于温度过大而造成成品的严重缺陷和废品。
(3)改变金属的结晶组织或消除加工时所形成的内应力。
轧材成品经过加热退火或常化等热处理过程后可以等到所要求的金相组织,从而使成材的机械性能得到了很大的提高。
有时钢锭在浇铸过程中会带来组织缺陷:比如高速钢中组织的偏析,通过高温下长时间保温后,就可以消除或减轻这类缺陷。
1.3钢坯的最高加热温度、最低加热温度根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程的热损失及工艺要求,便可确定钢的最低加热温度。
确定最高加热温度按照固相线以下100~150℃而定。
下表1为碳钢的最高加热温度(Tm)和理论过烧温度T与含碳量间的值,其间大致关系如表1:Tm=0.95T℃表11.4不同钢种的加热温度1.4.1优质碳素结构钢对优质结构碳素钢选择加热温度时,除参考铁碳平衡相图外还要考虑钢表面脱碳问题,为了不至使脱碳层超出规定的标准,应适当降低一些加热温度。
讲义钢锭及钢坯加热基本知识目录一、内容描述 (2)1. 钢锭及钢坯加热的重要性 (2)2. 钢锭及钢坯加热的工艺流程 (3)3. 加热设备的种类与特点 (4)4. 加热作用及加热效应 (6)二、钢锭及钢坯加热的基本原则 (9)1. 热效率 (10)2. 加热均匀性 (11)3. 热应力与变形控制 (13)4. 加热温度的选择 (14)三、钢锭及钢坯加热设备 (15)四、钢锭及钢坯加热过程的控制 (16)1. 炉温和炉内气氛的控制 (18)2. 加热速度与加热周期 (18)3. 工艺参数的优化 (20)4. 炉内监测与优化 (21)五、钢锭及钢坯加热过程中的问题及对策 (23)1. 加热不均匀问题 (24)2. 氧化与脱碳问题 (24)3. 加热裂纹问题 (25)4. 热应力与热变形问题 (27)六、案例分析 (28)1. 某钢厂钢锭加热过程优化案例 (29)2. 钢铁生产过程中的加热事故案例分析 (30)3. 加热技术在特殊钢种生产中的应用 (31)七、结论与展望 (32)1. 加热技术的现状与挑战 (33)2. 未来加热技术的研究方向 (35)3. 加热技术对产品质量的影响 (36)一、内容描述本讲义主要讲解钢锭及钢坯加热的基本知识,旨在为从事钢铁生产和加工相关工种的学员提供理论基础和实践操作指南。
钢锭和钢坯的特性:介绍钢锭和钢坯的种类、几何形状、化学成分和力学性能等,为理解加热过程和选择加热方式提供基础。
加热系统及工艺:详细介绍各种类型的加热系统(如电弧炉、感应加热炉、炉体加热炉等)的工作原理,讨论加热过程中的温度控制、保温和降温等关键指标,以及不同加热方式的优劣特点和适用范围。
加热技术参数:解释加热炉的炉膛压力、炉温控制范围、加热速度、保温时间等技术参数,并分析这些参数如何影响钢锭及钢坯的质量和生产效率。
加热过程中的缺陷和解决方案:指出加热过程中可能出现的常见缺陷,如烧损、氧化、脆化等,并提出相应的预防和解决方法。
加热工艺金属的加热工艺包括加热温度、加热时间、加热速度、炉温制度、炉内气氛等。
1、钢的加热目的①钢的加热目的是提高金属塑性,降低变形抗力,便于轧制。
②使金属锭或坯内外温度均匀由于金属内外的温度差,使其内部产生应力,应力会造成轧材时的废品或缺陷;③改变金属的结晶组织金属经过冷加工以后,组织结构改变,处于加工硬化状态,需要加热进行热处理,达到所要求的物理性能和力学性能。
2、制订加热工艺的依据板坯的加热工艺包括板坯的加热温度和加热时间,对特殊材质的板坯还应考虑它的升温速度,制定加热工艺的主要依据是:①钢的化学成分、奥氏体区温度范围和它的导热、导温性能;②板坯尺寸和轧制过程中的温降,使整个轧制过程能在要求的温度区间内进行;③对含有碳氮化合物的钢,加热阶段应充分将这类化合物溶解到它的高温金相组织中;④考虑加热能耗和轧制能耗,力求取得综合的节能效果;⑤炉型结构对加热炉温度的限制条件;3、对板坯加热的要求①获得理想的加热温度,保证轧制在控轧工艺规定的温度内进行;②加热板坯的纵向和横向断面的温差小;③炉底水管“黑印”,一般应小于30℃;④氧化烧损低;⑤烧损低,表面氧化铁皮容易清除。
4、加热温度加热温度指金属加热完毕出炉时的表面温度。
加热是为了改善金属内部结晶组织,加热温度主要根据热处理工艺要求来决定。
加热温度主要根据加热工艺要求,由金属的塑性和变形抗力等性质来确定。
最合理的加热温度,应使金属获得最好的塑性和最小的变形抗力,这样有利于热加工,提高产量,减少设备磨损和动力消耗1)低碳钢:根据钢在加热过程中的组织变化,低碳钢最合适的加热温度范围是在单相奥氏体区内,即AC以上30~50℃,固相线以下100~150℃,为防止过热过烧,并能保证必要的终轧温度, 3一般采用1150~1250℃。
2)低合金钢钢的加热范围受加入的合金元素的影响。
合金元素加入钢中,有的形成了合金碳化物(NbC、Vc、TiC等)提高了钢的熔点,有的扩大了奥氏体区,提高了固相线,有的缩小了奥氏体区,使固溶体的熔点改变,有的形成了低熔点的化合物,有的明显提高了钢的高温变形抗力。
钢坯加热工艺加热工艺制度包括加热温度、加热速度、加热时间、加热制度等。
一、 加热温度钢的加热温度是指钢料在炉内加热完毕出炉时的表面温度。
确定钢的加热温度不仅要根据钢种的性质,而且还要考虑到加工的要求,以获得最佳的塑性,最小的变形抗力,从而有利于提高轧制的产量、质量,降低能耗和设备磨损。
实际生产中加热温度主要由以下几方面来确定。
A 加热温度的上限和下限碳钢和低合金钢加热温度的选择主要是借助于铁碳平衡相图(图1-1)。
当钢处于奥氏图1-1 Fe-C 合金状态图(其中指出了加热温度界限) 1—锻造的加热温度极限;2—常化的加热温度极限; 3—淬火时的温度极限; 4—退火的温度极限 表1-1 碳钢的最高加热温度和理论过烧温度含碳量(%)最高加热温度(℃) 理论过烧温度(℃) 0.10.20.50.70.91.11.5 1350 1320 1250 1180 1120 1080 1050 1490 1470 1350 1280 1220 1180 1140体区其塑性最好,加热温度的理论上限应当是固相线AE(1400~1530℃),实际上由于钢中偏析及非金属夹杂物的存在,加热还不到固相线温度就可能在晶界出现熔化而后氧化,晶粒间失去塑性,形成过烧。
所以钢的加热温度上限一般低于固相线温度100~150℃。
碳钢的最高加热温度和理论过烧温度见表3-1。
加热温度的下限应高于A c3线30~50℃。
根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程中的热损失,便可确定钢的最低加热温度。
终轧温度对钢的组织和性能影响很大,终轧温度越高,晶粒集聚长大的倾向越大,奥氏体的晶粒越粗大,钢的机械性能越低。
所以终轧温度也不能太高,最好在850℃左右,不要超过900℃,也不要低于700℃。
B 加热温度与轧制工艺的关系上面讨论的仅是确定加热温度的一般原则。
实际生产中,钢的加热温度还需结合压力加工工艺的要求。
如轧制薄钢带时为满足产品厚度均匀的要求,比轧制厚钢带时的加热温度要高一些;坯料大加工道次多要求加热温度高些,反之小坯料加工道次少则要求加热温度低些等。
这些都是压力加工工艺特点决定的。
高合金钢的加热温度则必须考虑合金元素及生成碳化物的影响,要参考相图,根据塑性图、变形抗力曲线和金相组织来确定。
目前国内外有一种意见,认为应该在低温下轧制,因为低温轧制所消耗的电能,比提高加热温度所消耗的热能要少,在经济上更合理。
二、加热速度钢的加热速度通常是指钢在加热时,单位时间内其表面温度升高的度数,单位为℃/h。
有时也用加热单位厚度钢坯所需的时间(min/cm);或单位时间内加热钢坯的厚度(cm/min)来表示。
钢的加热速度和加热温度同样重要。
在操作中常常由于加热速度控制不当,造成钢的内外温差过大,钢的内部产生较大的热应力,从而使钢出现裂纹或断裂。
加热速度愈大,炉子的单位生产率愈高,钢坯的氧化、脱碳愈少,单位燃料消耗量也愈低。
所以快速加热是提高炉子各项指标的重要措施。
但是,提高加热速度受到一些因素的限制,对厚料来说,不仅受炉子给热能力的限制,而且还受到工艺上钢坯本身所允许的加热速度的限制,这种限制可归纳为在加热初期断面上温差的限制,在加热末期断面上烧透程度的限制和因炉温过高造成加热缺陷的限制。
下面分述它们对加热速度的影响:A 在加热初期,钢坯表面与中心产生温度差。
表面的温度高,热膨胀较大,中心的温度低,热膨胀较小。
而表面与中心是一块不可分割的金属整体,所以膨胀较小的中心部分将限制表面的膨胀,使钢坯表面部分受到压应力;同时,膨胀较大的表面部分将强迫中心部分和它一起膨胀,使中心受到拉应力。
这种应力叫做“温度应力”或“热应力”。
显然,从断面上的应力分布来看,表面与中心处的温度应力都是最大的,而在表面与中心之间的某层金属则既不受到压应力也不受到拉应力。
可以证明,钢坯加热时的温度应力曲线与温度曲线一样,也是呈抛物线分布。
加热速度愈大,内外温差愈大,产生的温度应力也愈大。
当温度应力在钢的弹性极限以内时,对钢的质量没有影响,因为随着温度差的减小和消除,应力会自然消失。
当温度应力超过钢的弹性极限时,则钢坯将发生塑性变形,在温度差消除后所产生的应力将不能完全消失,即生成所谓残存应力。
如果温度应力再大,超过了钢的强度极限时,则在加热过程中就会破裂。
这时温度应力对于钢坯中心的危害性更大,因为中心受的是拉应力,一般钢的抗拉强度远低于其抗压强度,所以中心的温度应力易造成内裂。
如果钢的塑性很好,即使在加热过程中形成很大的内外温差,也只能引起塑性变形,以任意速度加热,都不会因温度应力而引起钢坯断裂。
如果钢的导热性好(或导热系数高),则在加热过程中形成的内外温差就小(因Δt=qS/2λ),因而加热时温度应力所引起的塑性变形或断裂的可能性较小。
低碳钢的导热系数大,高碳钢和合金钢的导热系数小,因而高碳钢和合金钢在加热时容易形成较大的内外温差,而且这些钢在低温时塑性差、硬而脆,所以它们在刚入炉加热时,容易发生因温度应力而引起的断裂。
如果被加热坯料的断面尺寸较小,则加热时形成的内外温差也较小;断面尺寸大的钢坯,因加热时形成较大的内外温差,容易因温度应力而导致钢坯变形或断裂。
根据上述分析,可概括下列结论:(1)在加热初期,限制加热速度的实质是减少温度应力。
加热速度愈快,表面与中心的温度差愈大,温度应力愈大,这种应力可能超过钢的强度极限,而造成钢坯的破裂。
(2)对于塑性好的金属,温度应力只能引起塑性变形,危害不大。
因此,对于软钢温度在500~600℃以上时可以不考虑温度应力的影响。
(3)允许的加热速度还与金属的物理性质(特别是导热性)、几何形状和尺寸有关,因此,对大的高碳钢和合金钢加热要特别小心,而对薄材则可以任意速度加热而不致发生断裂的危险。
B 在加热末期,钢坯断面同样具有温度差。
加热速度愈大,则形成的内外温度差愈大。
这种温度差愈大,可能超过所要求的烧透程度,而造成压力加工上的困难。
因此,所要求的烧透程度往往限制了钢坯加热末期的加热速度。
但是,实际和理论都说明,为了保证所要求的最终温度差而降低整个加热过程的加热速度是不合算的。
因此,往往是在比较快的速度加热以后,为了减少这一温差而降低它的加热速度或执行均热,以求得内外温度均匀。
这个过程叫做“均热过程”。
C 钢坯表面的温度是和炉温相联系的。
炉温过高给准确地控制钢坯表面温度带来困难。
特别是当发生待轧时,将因炉温过高而造成严重氧化、脱碳、粘钢、过烧等。
这在连续加热炉上常是限制快速加热的主要因素。
上述的两个温度差(加热初期为避免裂纹和断裂所允许的内外温差和加热末期因烧透程度的要求内外温差)都对加热速度有所限制,以及准确地控制钢坯达到所要求的加热温度所需要的加热时间,这三个要素构成了制定加热制度的主要基础。
一般低碳钢大都可以进行快速加热而不会给产品质量带来什么影响。
但是,加热高碳钢和合金钢时,其加热速度就要受到一些限制,高碳钢和合金钢坯在500~600℃以下时易产生裂纹,所以加热速度的限制是很重要的。
三、加热时间钢的加热时间是指钢坯在炉内加热至达到轧制所要求的温度时所必须的最少时间,通常,总加热时间为钢坯预热、加热和均热三个阶段时间的总和。
要精确的确定钢的加热时间是比较困难的。
因为它受很多因素影响,目前大都根据现有炉子的实践大致估计,亦可根据推荐的经验公式计算。
钢的加热时间采用理论计算很复杂,并且准确性也不大,所以在生产实践中,一般连续式加热炉加热钢坯常采用经验公式:τ=CS式中τ——加热时间,h;S——钢料厚度,cm;C——每厘米厚的钢料加热所需的时间,h/cm。
对低碳钢C=0.1~0.15对中碳钢和低中合金钢C=0.15~0.2对高碳钢和高合金钢C=0.2~0.3对高级工具钢C=0.3~0.4在实际生产中,钢坯的加热时间往往是变化的。
这是因为加热炉必须很好地与轧机配合。
在生产某些产品的过程中,炉子生产率小于轧机的产量时,常常为了赶上轧机的产量而造成加热不均,内外温差大,甚至有时为了提高出炉温度而将钢表面烧化,而其中间温度尚很低,造成加热质量很差。
若炉子生产率大于轧机的产量时,则钢在炉内的停留时间大于所需要的加热时间,造成较大的氧化烧损量,这些情况均不符合加热要求。
如遇到上述情况,应对炉子结构及操作方式作合理的改造或调整,使炉子产量和轧机产量相适应。
四、加热制度所谓加热制度是指在保证实现加热条件的要求下所采取的加热方法。
具体的说,加热制度包括温度制度和供热制度两个方面。
对连续式加热炉来说,温度制度是指炉内各段的温度分布。
所谓供热制度,对连续加热炉是指炉内各段的供热分配。
从加热工艺的角度来看,温度制度是基本的,供热制度是保证实现温度制度的条件,一般加热炉操作规程上规定的都是温度制度。
具体的温度制度不仅决定于钢种、钢坯的形状尺寸、装炉条件,而且依炉型而异。
加热炉的温度制度大体分为:一段式加热制度、两段式加热制度、三段式及多段式加热制度。
这里重点介绍三段式加热制度。
三段式加热制度是把钢坯放在三个温度条件不同的区域(或时期)内加热,依次是预热段、加热段、均热段(或称应力期、快速加热期、均热期)。
这种加热制度是比较完善的加热制度,钢料首先在低温区域进行预热,这时加热速度比较慢,温度应力小,不会造成危险。
当钢温度超过500~600℃以后,进入塑性范围,这时就可以快速加热,直到表面温度迅速升高到出炉所要求的温度。
加热期结束时,钢坯断面上还有较大的温度差,需要进入均热期进行均热,此时钢的表面温度不再升高,而使中心温度逐渐上升,缩小断面上的温度差。
三段式加热制度既考虑了加热初期温度应力的危险,又考虑了中期快速加热和最后温度的均匀性,兼顾了产量和质量两方面。
在连续式加热炉上采用这种加热制度时,由于有预热段,出炉废气温度较低,热能的利用较好,单位燃料消耗低。
加热段可以强化供热,快速加热减少了氧化和脱碳,并保证炉子有较高的生产率,所以对许多钢坯的加热来说,这种加热制度是比较完善与合理的。
这种加热制度适用于大断面坯料、高合金钢、高碳钢和中碳钢冷坯加热。