轧制前不锈钢的加热第二个阶段

    不锈钢加热到650 - 800℃时增加了钢的导热性。此外，沿钢锭断面的温差随着加热温度的升高而减小，结果使热应力减小。以后的危险是不大的，因为很多钢在650 - 800℃时的塑性较低温时钢的塑性显著地增加。这样允许以任意速度加热已经加热到700℃的钢锭，不会产生与此加热有关的任何缺陷。

    如果钢锭沿整个断面均匀烧透的话，钢锭就可极容易且较好地进行锻造或轧制变形。加热的均匀性对于高合金钢是极其重要的。当钢锭或钢坯在加热炉中单面加热后于轧机上轧制时在孔型中卷起，产生不能继续进行轧制的大飞翅（耳子），这是众所周知的事实。

    其表面温度高于中心温度的钢锭在轧制时可能产生裂纹。此外，在轧机上轧制没烧透的钢锭时会发生破损，首先是断辊。查明断辊原因是很困难的。曾经有过轧制充分透烧、塑性很好的钢锭时发中断辊事故的情况。然而分析一两个最近换辊的作业时可获得证实，轧制没烧透的钢锭断辊前因为轧辊中出现了导致产生裂纹和断辊的应力。

    轧制钢锭时有箱形孔型侧壁磨损的现象，使得在钢坯上出现缺陷，缩短轧辊使用期限及增加缠卷废品。轧制具有较大变形抗力的高合金钢时孔型侧壁磨损是特别大的。在比较低的温度进行轧制大量高合金钢时，磨损进一步加深。轧制没烧透的钢锭时，轧辊孔型磨损同样也增加。

    同此，必须保证钢锭沿整个断面均匀加热。钢锭通常在轧制温度时应该均热到钢锭沿整个断面完全热透的时间。因此，需要钢锭在加热炉中翻钢，促使钢锭均匀加热。

  2．扩散过程钢锭在加热温度时均热，也和其通常在高温时长时间停留一样，具有重要意义。

    滚珠轴承钢中铬和铁碳化物的积聚（碳化物偏析）轧制时被拉伸成碳化物条带。带状碳化物严重地恶化滚珠轴承钢的质量。由滚珠轴承钢制成的零件在相应的热处理之后在任何一处都应具有同样的和均匀的硬度，为此要求均匀性好和纯洁度高的钢。粗大的带状碳化物夹杂引起滚珠轴承钢零件硬度不均匀，从而引起不均匀磨损及零件损坏。

    滚珠轴承钢的生产工艺必须减少或者消除碳化物偏析。业已确定，在高温时(1160 -1200℃左右)加热滚珠轴承钢可使碳化物团块分散以及碳化物偏析消失。均热的温度越高和时间越长，这一过程进行得越完全和越可靠。

    在高温下长时间加热非常重要，这是因为某种程度地消除白点敏感钢产生白点的倾向性。根据最近的研究，钢产生白点的倾向性取决于金属中氢的饱和程度。在温度1000 -1150℃．左右长时间均热通过扩散促使一定数量的氢从钢中排除，并且降低钢的白点敏感性。所以，像滚珠轴承钢、结构钢、铬镍钢等这些白点敏感钢的钢锭及钢坯（其尺寸小的必须通过扩散来促使氢从钢中排出）应该在高温下充分长时间地均热。

    高温时均热时间越长，甚至在空气中快速冷却时产生白点越少。

    冷钢锭在轧制或锻造前加热时，钢通常不适宜在加热炉中很长时间(20 - 24h及更长时间)加热。在高温时长时间的加热适合于在专门的炉子中进行。许多工厂对于某些重要牌号钢采用这个方法（扩散退火、均匀化）。

    在轧制及锻造车间高温均热时间应为总加热时间的50%- 60%。在所有工序正确组织这样加热钢的冷却时，应保证除了减少白点敏感性之外，同时还应在成品金属中完全消除白点。当然，对于个别白点特别敏感的钢在加热炉中长时间地进行加热的情况是不排除的。

    高温时长时间均热，由于在钢中进行使金属成分均匀扩散过程的结束，减少了白点敏感性，改善了力学性篚。已查明，含0. 33%-0.38%C、2.8%-3.50-/0 Ni和0.85%-1.25% Cr的铬镍钢钢锭及钢坯较长时间的均热大大地改善直径+50mm轧材冲击韧性指标。

    应该指出，金属在高温下长时间存在要形成氧化铁皮（烧损）、脱碳、过热及过烧。

    3．形成氧化皮  在金属表面层由于氧化的结果形成氧化薄膜一氧化铁皮。加热时由于氧和铁的扩散，结果形成氧化铁皮。铁往表面层扩散，而氧则相反，通过有氧化铁皮的薄层（膜）往金属里面扩散。因而氧化铁皮层变得更厚。在过程开始时，形成氧化业铁Fe0。在温度900℃左右时，氧化皮由明显的三层组成。氧化皮上层是氧化铁Fe 03。这层占氧化皮厚度的2%。中间层由磁性氧化物F3 04组成并占氧化皮厚度的18%左右。粘附于金属的内层Fe0占氧化皮厚度的80%左右。在较高温度时，氧化皮由两层组成。

    形成氧化皮决定于以下基本因素.a度、加热时间、炉气介质及钢的化学成分。

    为确定加热温度对形成氧化皮的影响，做了如下试验。取直径+18mm及长60mm的碳钢(0.45%C)试样，在电马弗炉中加热烈700、750、800、850、900、950和1000℃保温0.5h。同时往炉中放四块试样。边缘的试样具有用金属刷子轻轻刷过的热轧金属表面。右边策二个试样沿直径剥去0.5mm，左边第二个试样是酸洗过的。为测量温度，在带孔的试样中间放置热电偶。所有试样都彼此等距离放置在陶瓷垫的马弗炉炉底上，加热后在空气中冷却并轻轻地刷，以期除掉氧化铁皮。烧损（形成氧化皮）以试验前后试样质量差来确定。

    得到的数据表明，氧化铁皮随温度升高而增加。在700 - 750℃时观察到产生氧化铁皮最少。温度升高到800 -  850℃氧化铁皮增加不显著。从850℃开始，氧化铁皮显著地增加，而从900℃开始时强烈增加。

    900 -  1420℃范围内温度对形成氧化铁皮的影响，氧化铁皮从1200 -  1300℃开始急剧地增加。在1400℃及1350qC时形成氧化铁皮分别为1200℃时的5倍和2.75倍，并且为900℃时的28倍及16倍。

    在900℃时形成氧化铁皮又比700℃时多i.6倍。随着温度的提高，含Fe0的氧化铁皮内层增加。水蒸气和C07从低温开始对形成氧化铁皮就有最显著的影响。氧和空气在900 -  1000℃温度范围内对形成氧化铁皮有很强烈地影响。

    形成氧化铁皮随加热时间的增加而增多，然而氧化铁皮增加程度逐渐地减少。

    形成氧化铁皮在很大程度上取决于钢的成分。提高钢中含m、Cr. Si、W和Cu量可减少金属表面氧化铁皮。

    Co.NIo和Ni对形成金属氧化铁发起相反的作用。在上面指出的加热条件下随着这些元素含量的增加，氧化物往金属深处的渗透亦增加。

    形成效化铁皮与氧化物的物理性质有关。多孔的氧化物不易附着，而且不能抵制氧向金属深处扩散。反之，具有致密组织的氧化物强烈地附着金属，并能很好地抵制氧往金属深处扩散：这样的氧化物具有保护的性质。Si、Al和Cr促使形成很致密而且往金属上很好附着的氧化物薄膜。由于这个缘故，这些元素用作热强钢的合金成分有的钢号含量达到2．9%、Si. 20% CrO

    烧损主要在加热炉中加热时进行，这是广泛流行的见解。轧制时所产生的烧损被认为是不太大的。实际上，在炉外形成氧化铁皮的损尖有时甚至是极大的，而且在某些情况下超过炉中的烧损。

    由于已加热到相当高温度的金属大量的表面处于与空气接触之中，故在线材及小型材轧机上轧制时所产生的氧化铁皮损失甚至大于炉中加热的烧损。

    4．脱碳  加热时发生氧化作用同时发生金属表面层脱碳。脱碳取决于形成氧化铁皮同样的因素。

    随加热温度提高与加热时间的增加，脱碳深度严重增加。开始金属在炉子均热带中停留时间增加到一定时间之前脱碳逐渐增加，之后脱碳速度减小，甚至完全停止。这种现象同在加热炉中脱碳与碳从中心往金属表面扩散同时进行的金属氧化过程的作用有联系。随着提高温度增加这些过程的强度，炉中在氧化气氛时，钢表面氧化速度随温度提高可能超过另一过程的速度。此外，形成致密氧化皮层阻碍脱碳气体通往钢没氧化表面的通路，故促使减少脱碳。在氧化皮不致密时，脱碳将继续增加。

    气体介质对钢在不同温度时脱碳的影响。脱碳在很大程度上与钢的化学成分有关。应当指出，一些个别合金元素对脱碳影响尚无一致见解。现在发现Cr.灿、W、Mn和Cu阻止脱碳，而Co. Mo、Ti和V增加脱碳。据另一些资料Al和W在很大程度上促使脱碳，Cr、Co和Mn阻止脱碳，而Si、Ni和V对脱碳无影响。

    生产小断面的冷轧钢和磨光钢（银亮钢）时脱碳起很大作用。冷拔坯料脱碳可能发生在钢坯轧制前加热时，也可能在冷拔坯料退火时。

    坯料与用来轧制坯料的钢坯脱碳值之间的关系。用来轧制坯料的钢坯在其加热前脱碳越多，坯料脱碳也越多。如果钢坯脱碳大于1.5%，甚至钢坯轧制坯料前在有利的条件下加热，坯料脱碳也要大于允许值（例如1. 5%）。因为钢坯在轧制成品钢材（中间坯料）前加热时也要产生一些脱碳，所以使钢坯尽可能少的脱碳是很重要的。

    因而当成品钢材脱碳超过允许标准时，不仅在随后工序而且在前面的工序也必须采取减少脱碳措施。

    了解成品钢材允许脱碳值是很重要的。某厂规定供生产银亮钢的坯料脱碳必须不大于1 .5%。

    当总压下率不小于80%- 90%，亦即坯料拔制小截面时，坯料允许脱碳可以达到5% - 6%。

    轧制扁钢时，脱碳具有特殊意义。

    在用5551,和50CrMnVA钢轧制的供制造汽车板簧用的厚度5mm、6mm和7mm、宽度51mm的扁钢中，脱碳层深度在一定情况下不应超过厚度1.5%。实际上，在钢厂生产条件下进行的研究表明，这些扁钢的脱碳层深度已达到厚度3 .50-/0 -4.5%。

    研究时表明，扁钢中脱碳层深度依赖于钢坯的脱碳。观察到在钢坯中脱碳层超过一定深度时，减少以后脱碳的任何措施在加热钢坯时也不能保证扁钢要求的脱碳深度。这是由于在钢坯中加热前脱碳层有一定的深度时，即使以后加热这层也不增加，扁钢中脱碳层深度将要大于允许值的。

    对l00mm×l00mm钢坯，51mm×5mm扁钢和面积与其相等的16mm×16mm方钢及直径18mm的圆钢进行相应的计算：

    取脱碳层深度沿钢坯全部周长是均匀的，并且为1. 5%，或者在我们这里的场合下每边1. 5mm，确定钢坯中脱碳层的范围。

    在通常的生产条件是，得到脱碳深度这样小的钢坯(每边0.2 - 0.4mm)是很困难的。因而，有时为清除脱碳层，将原始钢坯进行全面研磨。在以后加热研磨过的钢坯时，必须保证达到钢坯脱碳层深度个超过最大允许值的条件。为充分排除轧制金属表面层脱碳，钢坯出炉时要去掉表面层。虽说这时要损失金属，但这还是很有效的方法。当成品钢材脱碳层大于允许值的情况下，力图借助于低温退火和相当长时间加热，使不深的表面层变为氧化皮。

    5．钢的过热钢的晶粒尺寸在过热时过分地长大。这种粗晶粒降低钢的力学性能。通过热处理（由于细化晶粒）可以重新改善钢的这种性能。然而，只有当钢过热不十分严重时才有这种可能。在严重过热时，恢复钢原来的力学性能是不可能的，因为钢失掉了再结晶的能力，这是过热钢最重要特征之一。

    可用下面方式发现钢过热。将推测其中可能过热的试样，首先加热到临界温度之上，并于水中淬火，然后再从一侧研磨(砂纸NoOOO)。制成的试样在铝板作为阴极的电解装置中，作为阳极接通。将50mA、IOV的电流通过7%HNO，的电解液。电解浸蚀时间为10 - 20min。浸蚀过的试样在水中洗涤，用细铝粉末轻轻地磨光并在显微镜下检验。如果发现大网的话，就表明钢已经过热了。沿奥氏体晶粒轮廓出现的白色轻微的氧化线确切地表明了过热。但是硅锰钢过热，用这样的浸蚀法是不能发现的。为查明这类钢过热组织，采用熔融酸在甘油中的溶液作为电解液。

    要注意及时发现钢是否在加热前过热，或者是在最后一次加热后过热。如果用电解浸蚀法发现的过热组织是变过形的话，这就表明金属是在倒数第二个工序过热的。过热钢变过形的晶粒仍旧没有改变，因为强烈过热的钢丧失了再结晶篚力。

    由于钢过热引起的表面裂纹的钢坯。钢坯出炉时或许具有正常温度，过热可能发生在加热过程之前。这种类型裂纹与过烧时产生的裂纹迥然不同。过烧钢裂纹具有鲜明轮廓，并在裂缝地方可以观察到一些清晰的晶粒。过热钢裂有”塑性”的样子，裂口被拉得比较长，没有鲜明的轮廓。

    在钢材质量不好时，往往把这种形式缺陷看作是主要原因。

    6．钢的过烧在金属加热到高温及足够长时间保温时发生包围晶粒的外壳熔化，外壳含有夹杂且最易熔化。需被溶解在金属中，并在高温时从其中析出的气体，渗入晶界间形成的空洞。这样使得个别一些晶粒间的联系遭到破坏，钢变为红脆。如果这样的钢冷却的话，不可能还具有原先的力学性能。只有当导致晶粒表面氧比及析出co时大气中的氧进入晶界时钢的过烧才开始。

    应当指出，虽然钢在凝固时经过加热时导致金属过烧的同一温度范围，其结果却是优质的。有的著作指出，在这种情况下不发生钢的过烧，因为氢从熔化的钢液中很强烈地析出，阻止大气中氧往晶界去的通路。

    因而，钢内部渗氧条件越是有利，钢的过烧越容易发生。钢加热温度越高，加热时保温时间越长，以及燃烧产物中过剩氧越多，氧的扩散越容易进行。加热温度越高，越可能在较短的加热时间发生金属过烧。在温度相当低时，即使加热时间很长同样也可能发生金属过烧。

    加热金属时燃料燃烧条件对产生过烧来说是最危险的。在火苗猛烈触及加热的金属，或者炉子容积对燃料燃烧来说不够等所有情况下，金属过烧是不可避免的。在这样的加热条件下通常发生局部过烧，或者称其为金属“烧毁”。

    金属过烧可能是表面的。在这种情况下金属变形时仅表面层是红脆的。表面过烧多半是由于金属在很高温度下经过短时间的加热引起的。

    在高温下长时间加热结果，高锰钢钢坯（哈特菲特高锰钢）也会产生过烧。沿晶界出现间隙及空洞的粗网是过烧钢显微组织特征的标志。

    过烧温度，对于不同钢来说是不一样的，它取决于钢的化学成分及许多其他因素。因此确定这一温度十分重要。铁一碳平衡图的固相线是碳钢加热温度的上限，因为温度高于此线时形成液相。考虑其他因素对钢过烧的影响，通常把平行固相线而位置低于其100 -200T的线当作加热温度上限。

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