控冷過(guò)程中高碳硬線用鋼表面脫碳與氧化研究ppt課件

1、控冷過(guò)程中高碳硬線用鋼控冷過(guò)程中高碳硬線用鋼 外表脫碳與氧化研討外表脫碳與氧化研討20192019年本科生科技創(chuàng)新結(jié)題爭(zhēng)辯年本科生科技創(chuàng)新結(jié)題爭(zhēng)辯學(xué)學(xué) 生生 王燦王燦 張強(qiáng)張強(qiáng) 賈超君賈超君 玉買(mǎi)提別克玉買(mǎi)提別克導(dǎo)導(dǎo) 師師 劉雅政劉雅政 教授教授 周樂(lè)育周樂(lè)育 講師講師專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 資料科學(xué)與工程學(xué)院資料科學(xué)與工程學(xué)院 資料成型與控制工程資料成型與控制工程08級(jí)級(jí)主要內(nèi)容主要內(nèi)容課題的背景、研討目的及意義課題的背景、研討目的及意義1研討資料與方案研討資料與方案2冷卻工藝對(duì)氧化層厚度的影響冷卻工藝對(duì)氧化層厚度的影響42北京科技大學(xué)University of Science and Technolo

2、gy Beijing 加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響3結(jié)論、工程成果與創(chuàng)新點(diǎn)結(jié)論、工程成果與創(chuàng)新點(diǎn)51. 課題背景、研討目的及意義課題背景、研討目的及意義3 課題背景課題背景 通常把優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼種含碳量通常把優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼種含碳量0.45%的中高碳鋼軋制的的中高碳鋼軋制的線材稱(chēng)為硬線。線材稱(chēng)為硬線。 硬線主要是供應(yīng)金屬制品行業(yè)的原料，廣泛用于加工低松硬線主要是供應(yīng)金屬制品行業(yè)的原料，廣泛用于加工低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線、輪胎鋼絲及鋼簾線、中高強(qiáng)弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線、輪胎鋼絲及鋼簾線、中高強(qiáng)度的緊固件等。度的緊固件等。硬線廢品硬線廢品鋼絞線鋼絞

3、線1. 課題背景、研討目的及意義課題背景、研討目的及意義4 存在的問(wèn)題之一：外表脫碳存在的問(wèn)題之一：外表脫碳 硬線的外表脫碳是影響硬線廢品的外表質(zhì)量的主要要素之硬線的外表脫碳是影響硬線廢品的外表質(zhì)量的主要要素之一，必需在消費(fèi)中加以特別的控制。一，必需在消費(fèi)中加以特別的控制。 外表脫碳是鋼加熱時(shí)外表碳含量降低的景象。線材硬度、外表脫碳是鋼加熱時(shí)外表碳含量降低的景象。線材硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性等明顯下降，呵斥鋼簾線、鋼絞耐磨性、疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性等明顯下降，呵斥鋼簾線、鋼絞線、鋼絲繩等運(yùn)用壽命明顯降低。線、鋼絲繩等運(yùn)用壽命明顯降低。 通常以為碳含量越高，硬線脫碳層深度越大。然而消費(fèi)實(shí)通常

4、以為碳含量越高，硬線脫碳層深度越大。然而消費(fèi)實(shí)際闡明并非如此。有關(guān)兩相區(qū)對(duì)硬線脫碳層深度及構(gòu)造影響的際闡明并非如此。有關(guān)兩相區(qū)對(duì)硬線脫碳層深度及構(gòu)造影響的研討較不完善；此外，加熱溫度對(duì)脫碳層深度及構(gòu)造的影響也研討較不完善；此外，加熱溫度對(duì)脫碳層深度及構(gòu)造的影響也有待進(jìn)一步研討。有待進(jìn)一步研討。北京科技大學(xué)University of Science and Technology Beijing 1. 課題背景、研討目的及意義課題背景、研討目的及意義5 存在的問(wèn)題之二：外表氧化存在的問(wèn)題之二：外表氧化 鋼材與氧發(fā)生反響，生成的化合物稱(chēng)為氧化鐵皮，其質(zhì)地鋼材與氧發(fā)生反響，生成的化合物稱(chēng)為氧化鐵皮，其

5、質(zhì)地硬而脆，硬而脆， 后續(xù)拉拔時(shí)易導(dǎo)致鋼絲外表的損傷和加劇模具的磨后續(xù)拉拔時(shí)易導(dǎo)致鋼絲外表的損傷和加劇模具的磨損添加后續(xù)處置步驟如酸洗，降低金屬收得率，并引起環(huán)損添加后續(xù)處置步驟如酸洗，降低金屬收得率，并引起環(huán)境污染。境污染。 目前為止，關(guān)于加熱及軋制過(guò)程中高碳硬線的氧化行為的目前為止，關(guān)于加熱及軋制過(guò)程中高碳硬線的氧化行為的相關(guān)研討做得較為透徹，在控制軋制和組織性能控制方面已獲相關(guān)研討做得較為透徹，在控制軋制和組織性能控制方面已獲得了較顯著的成果。然而，在軋后控冷過(guò)程中，高碳硬線仍會(huì)得了較顯著的成果。然而，在軋后控冷過(guò)程中，高碳硬線仍會(huì)繼續(xù)發(fā)生氧化行為。而對(duì)此相關(guān)研討進(jìn)展得較少，較為實(shí)際和繼

6、續(xù)發(fā)生氧化行為。而對(duì)此相關(guān)研討進(jìn)展得較少，較為實(shí)際和系統(tǒng)的研討少見(jiàn)于報(bào)道。系統(tǒng)的研討少見(jiàn)于報(bào)道。北京科技大學(xué)University of Science and Technology Beijing 1. 課題背景、研討目的及意義課題背景、研討目的及意義6 研討目的：研討目的： 探求加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳層厚度及構(gòu)造的影響，探求加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳層厚度及構(gòu)造的影響，以及高碳硬線軋后控制冷卻過(guò)程中工藝參數(shù)吐絲溫度、風(fēng)冷以及高碳硬線軋后控制冷卻過(guò)程中工藝參數(shù)吐絲溫度、風(fēng)冷冷速等對(duì)線材外表氧化層厚度的影響，進(jìn)而為線材消費(fèi)提供冷速等對(duì)線材外表氧化層厚度的影響，進(jìn)而為線材消費(fèi)提供實(shí)際指點(diǎn)。實(shí)際

7、指點(diǎn)。 研討意義：研討意義： 為制定合理的軋后冷卻工藝提供根據(jù)，從而有效控制軋后為制定合理的軋后冷卻工藝提供根據(jù)，從而有效控制軋后線材的外表脫碳，提升產(chǎn)品外表質(zhì)量。線材的外表脫碳，提升產(chǎn)品外表質(zhì)量。 減小外表氧化鐵皮厚度，優(yōu)化其構(gòu)造，以提高金屬收得率，減小外表氧化鐵皮厚度，優(yōu)化其構(gòu)造，以提高金屬收得率，縮短酸洗時(shí)間，減少酸耗，甚至可以用機(jī)械除鱗取代酸洗，根縮短酸洗時(shí)間，減少酸耗，甚至可以用機(jī)械除鱗取代酸洗，根除環(huán)境污染。除環(huán)境污染。 對(duì)軸承鋼、彈簧鋼和模具鋼等中高碳鋼外表脫碳與氧化的對(duì)軸承鋼、彈簧鋼和模具鋼等中高碳鋼外表脫碳與氧化的研討與控制，具有普遍的適用價(jià)值。研討與控制，具有普遍的適用價(jià)值

8、。北京科技大學(xué)University of Science and Technology Beijing 2. 研討資料與方案研討資料與方案7 脫碳實(shí)驗(yàn) 脫碳實(shí)驗(yàn)研討了60、70與82B鋼的加熱過(guò)程脫碳行為。采用箱式電阻爐分別加熱3個(gè)鋼種的試樣到不同溫度650、700、750、800、850、900，加熱時(shí)間為90min，出爐后空冷。脫碳實(shí)驗(yàn)后，將試樣進(jìn)展打磨、拋光和浸蝕，采用光學(xué)金相顯微鏡察看脫碳層形貌，并測(cè)定脫碳層深度。北京科技大學(xué)University of Science and Technology Beijing 鋼種鋼種CSiMnSPCrNi600.570.650.170.370.5

9、00.800.0350.0350.250.30700.670.750.170.370.500.800.0350.0350.250.3082B0.790.860.170.370.500.800.0350.0350.250.30 實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分8 氧化實(shí)驗(yàn)氧化實(shí)驗(yàn) 氧化實(shí)驗(yàn)針對(duì)氧化實(shí)驗(yàn)針對(duì)70鋼鋼6.5mm硬線，采用工業(yè)實(shí)驗(yàn)研討控制冷硬線，采用工業(yè)實(shí)驗(yàn)研討控制冷卻參數(shù)吐絲溫度、相變后冷卻工藝對(duì)卻參數(shù)吐絲溫度、相變后冷卻工藝對(duì)70鋼氧化鐵皮厚度的鋼氧化鐵皮厚度的影響，工業(yè)實(shí)驗(yàn)方案采用影響，工業(yè)實(shí)驗(yàn)方案采用4組冷卻工藝，如下表所示。組冷卻工藝，如下表所示。北京科技大學(xué)University

10、 of Science and Technology Beijing 編號(hào)編號(hào)風(fēng)冷工藝風(fēng)冷工藝G1吐絲890，15#風(fēng)機(jī)開(kāi)100%，614#風(fēng)機(jī)開(kāi)50%，保溫罩全開(kāi)G2吐絲850，15#風(fēng)機(jī)開(kāi)100%，614#風(fēng)機(jī)開(kāi)50%，保溫罩全開(kāi)G3吐絲890，15#風(fēng)機(jī)開(kāi)100%，614#風(fēng)機(jī)關(guān)，保溫罩全開(kāi)G4吐絲890，15#風(fēng)機(jī)開(kāi)100%，612#風(fēng)機(jī)開(kāi)30%，1314#風(fēng)機(jī)關(guān)，保溫罩全開(kāi)70鋼鋼6.5mm硬線試軋工藝要點(diǎn)硬線試軋工藝要點(diǎn)2. 研討資料與方案研討資料與方案2. 研討資料與方案研討資料與方案9 工業(yè)實(shí)驗(yàn)的冷卻曲線工業(yè)實(shí)驗(yàn)的冷卻曲線 實(shí)測(cè)斯太爾摩風(fēng)冷曲線實(shí)測(cè)斯太爾摩風(fēng)冷曲線10 脫碳層厚

11、度及構(gòu)造的影響要素脫碳層厚度及構(gòu)造的影響要素 加熱溫度對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度對(duì)硬線脫碳的影響 碳含量對(duì)硬線脫碳的影響碳含量對(duì)硬線脫碳的影響 a. a. 碳含量對(duì)碳含量對(duì)單相區(qū)脫碳的影響單相區(qū)脫碳的影響 b. b. 碳含量對(duì)碳含量對(duì)+兩相區(qū)脫碳的影響兩相區(qū)脫碳的影響 3. 加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響11 加熱溫度對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度對(duì)硬線脫碳的影響 60鋼在不同溫度鋼在不同溫度650、700、750、800、850、900，加熱時(shí)間為，加熱時(shí)間為90min，出爐后空冷至室溫。，出爐后空冷至室溫。其脫碳層形貌光學(xué)金相見(jiàn)圖。其脫碳層形貌光學(xué)金相見(jiàn)圖。不同溫

12、度加熱不同溫度加熱90min90min下下6060鋼脫碳層形貌光學(xué)金相鋼脫碳層形貌光學(xué)金相650 700 750 800 850 900 3. 加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響12從上圖中可以看出：加熱溫度為650時(shí)，由于溫度較低，外表無(wú)明顯脫碳發(fā)生。當(dāng)溫度為700、750和800時(shí)，外表為全脫碳層+部分脫碳層。并且隨著溫度的升高，全脫碳層深度逐漸減小。隨著溫度繼續(xù)升高，當(dāng)加熱溫度為850和900時(shí)，脫碳層形貌為部分脫碳。結(jié)果闡明：60鋼存在一個(gè)發(fā)生全脫碳的敏感溫度區(qū)間700-800，在700時(shí)全脫碳到達(dá)最大值75m，并且隨著溫度的升高，全脫碳深度降低。這與我們

13、通常的認(rèn)識(shí)是不一致的。北京科技大學(xué)University of Science and Technology Beijing 3. 加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響13 碳含量對(duì)碳含量對(duì)單相區(qū)脫碳的影響單相區(qū)脫碳的影響 不同碳含量硬線不同碳含量硬線900900加熱加熱90min90min脫碳層形貌光學(xué)金相如下脫碳層形貌光學(xué)金相如下圖。從圖中可見(jiàn)看出，三種硬線圖。從圖中可見(jiàn)看出，三種硬線6060、7070和和82B82B，脫碳層均為，脫碳層均為部分脫碳，并且隨著碳含量的添加，脫碳層深度逐漸增大。部分脫碳，并且隨著碳含量的添加，脫碳層深度逐漸增大。 900900時(shí)，實(shí)

14、驗(yàn)鋼處于時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼處于單相區(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，處于單相區(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，處于單單相區(qū)時(shí)，硬線發(fā)生部分脫碳，且脫碳層深度隨碳含量的升相區(qū)時(shí)，硬線發(fā)生部分脫碳，且脫碳層深度隨碳含量的升高而增大。高而增大。60鋼鋼70鋼鋼82B鋼鋼不同碳含量硬線不同碳含量硬線900加熱加熱90min脫碳層形貌光學(xué)金相脫碳層形貌光學(xué)金相 3. 加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響14 碳含量對(duì)碳含量對(duì)+兩相區(qū)脫碳的影響兩相區(qū)脫碳的影響 加熱到加熱到60和和82B脫碳層均以全脫碳為主，而脫碳層均以全脫碳為主，而70鋼無(wú)外表脫鋼無(wú)外表脫碳。碳。 700時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼處于時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼處于+兩相區(qū)。因此，

15、處于兩相區(qū)。因此，處于+兩相區(qū)兩相區(qū)時(shí)，硬線主要發(fā)生全脫碳，且隨著碳含量的添加，全脫碳時(shí)，硬線主要發(fā)生全脫碳，且隨著碳含量的添加，全脫碳層深度先減小后增大。層深度先減小后增大。60鋼鋼70鋼鋼82B鋼鋼不同碳含量硬線不同碳含量硬線700700加熱加熱90min90min脫碳層形貌光學(xué)金相脫碳層形貌光學(xué)金相 3. 加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響加熱溫度及碳含量對(duì)硬線脫碳的影響15 吐絲溫度的影響對(duì)氧化層厚度的影響吐絲溫度的影響對(duì)氧化層厚度的影響 對(duì)于相變后冷卻工藝一樣對(duì)于相變后冷卻工藝一樣15#風(fēng)機(jī)開(kāi)風(fēng)機(jī)開(kāi)100%，614#風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)開(kāi)開(kāi)50%，保溫罩全開(kāi)，而吐絲溫度不同，保溫罩全開(kāi)，而吐絲溫度

16、不同890、850的試軋?jiān)嚇?，氧化層光學(xué)的試軋?jiān)嚇?，氧化層光學(xué)SEM金相如下圖。金相如下圖。 由圖可見(jiàn)，吐絲溫度為由圖可見(jiàn)，吐絲溫度為890時(shí)，氧化層厚度為時(shí)，氧化層厚度為7.5m；吐；吐絲溫度降低到絲溫度降低到850時(shí)，氧化層厚度降低為時(shí)，氧化層厚度降低為4.5m，減少了，減少了40%?？梢?jiàn)，降低吐絲溫度，可以有效減少外表氧化?？梢?jiàn)，降低吐絲溫度，可以有效減少外表氧化。8508904. 冷卻工藝對(duì)氧化層厚度的影響冷卻工藝對(duì)氧化層厚度的影響不同吐絲溫度硬線氧化層光學(xué)不同吐絲溫度硬線氧化層光學(xué)SEMSEM金相金相16 相變后冷卻工藝的影響對(duì)氧化層厚度的影響相變后冷卻工藝的影響對(duì)氧化層厚度的影響

17、對(duì)于吐絲溫度一樣對(duì)于吐絲溫度一樣890，而相變后冷卻工藝不同而，而相變后冷卻工藝不同而相變后冷卻工藝不同相變后冷卻工藝不同614#風(fēng)機(jī)開(kāi)風(fēng)機(jī)開(kāi)50%，保溫罩全開(kāi)；，保溫罩全開(kāi)；614#風(fēng)機(jī)關(guān)，保溫罩全開(kāi)；風(fēng)機(jī)關(guān)，保溫罩全開(kāi)；612#風(fēng)機(jī)開(kāi)風(fēng)機(jī)開(kāi)30%，1314#風(fēng)風(fēng)機(jī)關(guān)，保溫罩全開(kāi)的試軋?jiān)嚇?，氧化層光學(xué)機(jī)關(guān)，保溫罩全開(kāi)的試軋?jiān)嚇?，氧化層光學(xué)SEM金相如金相如下圖。下圖。 由圖可見(jiàn)，對(duì)比由圖可見(jiàn)，對(duì)比614#風(fēng)機(jī)關(guān)，風(fēng)機(jī)關(guān)，612#風(fēng)機(jī)開(kāi)風(fēng)機(jī)開(kāi)30%可以將氧可以將氧化層厚度由化層厚度由11.0m降至降至8.0m，降幅達(dá)，降幅達(dá)27%。繼續(xù)加大冷。繼續(xù)加大冷卻，氧化厚度降低較少。卻，氧化厚度降低較

18、少。G3工藝工藝G4工藝工藝G1工藝工藝不同相變后冷卻工藝硬線氧化層光學(xué)不同相變后冷卻工藝硬線氧化層光學(xué)SEMSEM金相金相4. 冷卻工藝對(duì)氧化層厚度的影響冷卻工藝對(duì)氧化層厚度的影響17 結(jié)論結(jié)論 160鋼存在一個(gè)發(fā)生全脫碳的敏感溫度區(qū)間鋼存在一個(gè)發(fā)生全脫碳的敏感溫度區(qū)間700-800，在在700時(shí)全脫碳到達(dá)最大值時(shí)全脫碳到達(dá)最大值75m，并且隨著溫度的升高，并且隨著溫度的升高，全脫碳深度降低。結(jié)果證明完全脫碳產(chǎn)生的溫度區(qū)間與全脫碳深度降低。結(jié)果證明完全脫碳產(chǎn)生的溫度區(qū)間與Fe-Fe3C相圖上相圖上+兩相區(qū)溫度區(qū)間根本一致。兩相區(qū)溫度區(qū)間根本一致。 2碳含量對(duì)硬線脫碳有明顯影響：處于碳含量對(duì)硬

19、線脫碳有明顯影響：處于單相區(qū)時(shí)，發(fā)單相區(qū)時(shí)，發(fā)生部分脫碳，且脫碳層深度隨碳含量的升高而增大；處于生部分脫碳，且脫碳層深度隨碳含量的升高而增大；處于+兩相區(qū)時(shí)，硬線主要發(fā)生全脫碳，且隨著碳含量的添兩相區(qū)時(shí)，硬線主要發(fā)生全脫碳，且隨著碳含量的添加，全脫碳層深度先減小后增大。加，全脫碳層深度先減小后增大。 3軋后冷卻工藝可以顯著影響軋后冷卻工藝可以顯著影響70鋼盤(pán)條氧化層的厚度。鋼盤(pán)條氧化層的厚度。一樣的風(fēng)冷條件下，吐絲溫度由一樣的風(fēng)冷條件下，吐絲溫度由890降低到降低到850，氧化，氧化層厚度減少層厚度減少40%；控制相變終了后至集卷段平均冷卻速度；控制相變終了后至集卷段平均冷卻速度由由2.6/s升至升至4.2/s，集卷溫度由，集卷溫度由475降為降為385，就能，就能到達(dá)顯著降低氧化層厚度的目的。到達(dá)顯著降低氧化層厚度的目的。5. 結(jié)論、工程成果及創(chuàng)新點(diǎn)結(jié)論、工程成果及創(chuàng)新點(diǎn)18 工程成果工