轧钢坯加热缺陷的产生与预防
摘要：金属坯在轧制和锻造前要进行加热，主要是为了提高金属的塑性，使金属锭坯或坯内外温度均匀，改变金属的结晶组织。金属的加热质量直接影响到轧制的质量、产量、能源消耗和轧机的寿命，所以正确的加热工艺可以提高金属的塑性，降低热加工时的变形抗力，准时的为轧机提供质量合格的锭或坯，保证生产的正常进行。在加热过程中可能出现的加热缺陷会影响锭坯质量，因而及时找出造成缺陷的原因与预防缺陷产生极其重要。本论文研究和讨论的就是加热时产生的缺陷、产生缺陷的原因，以及预防的措施。研究本课题能更好的解决实际生产过程中遇到的问题，从而提高钢的质量，提高产量，提高生产效率，降低生产成本，增加效益。
关键字：加热缺陷产生类型，加热缺陷产生原因，加热缺陷预防措施
前言：在钢铁行业不断发展的今天，竞争愈演愈烈，所以为了获得更好效益就必须提高钢材质量，降低生产成本。在生产过程中就要避免各种缺陷的产生，降低原材料，能源等的消耗，提高成材率，提高产品质量，这样才能在竞争激烈的市场经济中占据一席之地。
1加热缺陷的类型
在加热过程中，炉子的温度和气氛必须调整得当，如果操作不当，会出现各种加热缺陷，如氧化、脱碳、过热、过烧等。这些缺陷影响金属的加热质量，重则造成废品。
1.1钢的氧化：
钢在高温炉内加热时，由于炉气中含有大量的O2、CO2、H2O，钢的表面层要发生氧化。氧化不仅会造成钢的直接损失，而且氧化产生的氧化铁皮堆积在炉底上，特别是实炉底部分，不仅腐蚀耐火材料，也影响炉体寿命。
1.1.1氧化铁皮的生成
钢在常温下也会氧化生锈，在干燥的条件下，这一氧化过程是很缓慢的；到了200～300℃，表面会生成但如果湿度不大，这时氧化比较慢的；温度继续升高，氧化的速度也随之加快，到了1000℃以上，氧化过程开始激烈进行：当温度超过1300℃以后，氧化铁皮开始熔化，氧化进行得更加剧烈；如果以900℃时烧损量为1，则1000℃为2，1100℃时为3.5，1300℃时为7。加热时的氧化性气氛（如空气、气氛中O2、CO2、H2O等）氧化钢铁，在工件表面形成FeO,Fe2O3,Fe3O4等氧化物。在温度560℃以下，主要形成Fe3O4这类比较致密的氧化物，它可使钢表面与氧化性气氛隔离，阻止钢表进一步氧化。但钢的奥氏体化温度多在560℃以上，钢被氧化形成以FeO为主的疏松的氧化物层，依加热温度升高加热时间增长其氧化物层厚度增加，不仅导致钢的烧损加大，而且使零件尺寸变小，表面粗糙，更重要的还严重影响后序热处理的质量。
1.1.2影响氧化的因素
（1）加热温度的影响
根据实际生产和实验得知钢在850-900℃以下，铁的氧化速度很小，1000℃以上则急剧上升。因为随着温度的升高，各成分的扩散加快，超过1300℃后，表面的氧化铁皮熔化，扩散的阻力减小，氧化速度大大增加。如表一
表一钢材的加热温度
（2）加热时间的影响
在同样的条件下，加热时间越长，钢氧化烧损量越多。碳钢（C=0.3%）在不同加热温度下，开始时氧化铁皮随时间的增长比较快，而后逐渐减缓，这是因为开始形成氧化铁皮后，阻碍了扩散。但是氧化铁皮并不是很致密的，不能完全防止继续氧化。所以还是应当尽可能缩短加热时间。例如提高炉温可能会是氧化增加，但如果能实现快速加热，反而可能使烧损由于加热时间的缩短而减少。又如钢的相对表面越大，烧损也越大，但如果由于受热面积增大而使加热时间缩短，也能反而使氧化铁皮减少。
（3）炉内成分的影响
火焰炉的炉气成分决定于燃料成分，空气系数、完全燃烧与否，炉气成分对氧化的影响很大。根据对于金属氧化程度的影响，炉气可分为：氧化性气氛、中性气氛、还原性气氛。炉气中一般含有O2、CO2、H2O、SO2等氧化性气体，氧化性最强的是SO2，依次是O2、H2O和CO2。
自由氧是过剩空气带入的，应当在保证完全燃烧的前提下，尽量减少过剩空气量。CO2及H2O在高温下对钢的氧化都很厉害，但这两组反应都是可逆的，增大CO及H2的溶度，可以使反应向左进行，即能防止钢的氧化。
一般正常工作的炉子，炉内气氛都是氧化性的，不可能有大量CO及H2，亦即要控制他们的溶度来防止氧化是困难的。判断炉内气氛究竟是还原性还是氧化性，可以借助于平衡常数和平衡曲线。例如反应Fe+CO2=FeO+CO，在1000℃时，平衡常数K P=2.48,即（CO）/(CO2)=2.48时，氧化和还原作用处于动态平衡状态，这时钢既不氧化也不还原。当炉气中（CO）
/(CO2)<2.48时，为了趋向平衡达到K P=2.48,CO2将使Fe氧化成FeO,使CO浓度增加，即反
应向右进行，使钢发生氧化。当（CO）/(CO2)>2.48时，反应向左进行，钢不会氧化。可见是否发生氧化，取决于CO和CO2的相对含量，而不是它们的绝对值。
同样，对于H2O-H2气氛，也要看平常数K P=(H2)/(H2O)的值。
硫在炉气中主要以SO2存在，也有燃烧不完全的H2S等。含硫炉气会加速金属的氧化，因为SO2与氧化铁能生成低熔点的FeS(熔点只有1190℃)使氧化铁皮更容易熔化，氧化过程加剧。
（4）钢的成分的影响
钢的成分的影响主要是对氧化铁皮构造的影响。合金元素如Cr、Ni、Si、Al、Mn、V 等，都能够提高钢的抗氧化性能。耐热钢能够抗高温下的氧化，就是利用了他们能生成致密而且机械强度很好，不易脱落的氧化膜，例如铬钢、铬镍钢、铬硅铝钢等，在高温下都有很好的抗氧化性能。
1.2钢的脱碳：
钢在加热过程中，表面除了被氧化烧损外，还会造成表层内含碳量的减少，称为钢的脱碳，如图一。钢加热过程中脱碳，即钢中的碳被烧损使钢表面含碳量降低的现象。伴随氧化常发生脱碳，氧化性气氛也是脱碳的气氛，H2虽是还原性气氛亦是脱碳气氛。一般钢中含碳量越高，脱碳越严重。由于脱碳使钢件表面含碳量下降，导致钢件机械强度下降，特别是工件的疲劳强度下降，耐磨损性能降低。
碳在钢中是以Fe3C的形式存在的，它是直接决定钢的机械性质的成分。
图一
1.2.1钢的脱碳过程
钢的脱碳过程是炉气内的H2O、CO2、O2、H2和钢中的Fe3C反应的结果，这些反应式：
Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2
Fe3C+CO2=3Fe+2CO
2Fe3C+O2=6Fe+2CO
Fe3C+2H2=3Fe+CH4
