碳含量和晶粒尺寸对高碳钢表面脱碳类型和深度的影响

摘要：硬线在加热、轧制等过程中会发生表面脱碳，严重影响工件的性能。通过等温加热实验，研究了加热温度和碳含量对硬线60、70和82B钢表面脱碳层类型和深度的影响，及原始奥氏体晶粒尺寸对弹簧钢60Si2MnA表面脱碳类型和深度的影响。结果表明：保温90min后，60钢在700~750℃时仅存在完全脱碳层，在850~900℃时仅存在部分脱碳层，其完全脱碳层深度随温度增加而逐渐减小，部分脱碳层则相反。70钢仅在850~900℃时存在部分脱碳层。82B钢的脱碳层深度随着温度增加先增加后减少至消失，然后又逐渐增加。硬线在碳含量处于γ单相区时主要发生部分脱碳，且深度随碳含量的升高而增大；碳含量处于α+γ两相区时主要发生完全脱碳，且深度随着碳含量增加先减小后增大。弹簧钢60Si2MnA的完全脱碳层深度随着原始奥氏体晶粒尺寸的增大逐渐减小。     

30CrMo钢表面脱碳试验

 在实验室模拟CSP工艺的加热条件,对30CrMo钢进行试验,用金相法测量脱碳层厚度,用失重法对30CrMo钢的氧化层厚度进行估算,结合氧化烧损研究了加热温度和保温时间对30CrMo钢的实际脱碳层厚度的影响规律。结果表明,在试验气氛为（体积分数,%）CO216.5、O20.8、H2O13、N269.7,加热温度范围为1 000～1 150 ℃时,30CrMo钢的实际脱碳层厚度随着加热时间的增加而增加,低于1 050 ℃时,脱碳层厚度随着温度升高而增加,高于1 050 ℃时,脱碳层由于氧化加剧而减少,1 050 ℃为脱碳敏感温度。     

Effects of Si and Cr on Complete Decarburization Behavior of High Carbon Steels in Atmosphere of 2 vol.% O2

The effects of chemical compositions,especially silicon and chromium contents,on the complete decarburization behaviors of steels in atmosphere of 2 vol.% O_2 and 98vol.%N_2 were investigated by using a simultaneous thermal analyzer.Complete decarburization was observed at both 750 and 800 ℃ for 60Si2 Mn A steel,while 750 ℃ only for 92 A steel.For GCr15 steel,no decarburization was found at 750 or 800 ℃,and only partial decarburization was observed at 850 ℃.It indicates that silicon promotes while chromium prevents the complete decarburization of steels in atmosphere with 2 vol.%O_2.The main reason is that silicon increases while chromium reduces the equilibrium concentration of ferrite at the interface of ferrite and austenite,which results in the complete decarburization.     

60Si2MnA弹簧钢盘条脱碳层控制工艺的优化

60Si2MnA弹簧钢ø9ø12 mm盘条的生产流程为100 t BOF-LF-VD-150 mm×150 mm坯连铸-高速线材轧制工艺。讨论了脱碳机理和分析了脱碳的影响因素。通过适当降低二加热段温度,提高均热段温度,铸坯总加热时间由2.7 h降至1.5 h,控制加热炉内氧含量3%5%,开轧和吐丝温度分别从（1000±20）℃和（850±15）℃降至（950±20）℃和（820±20）℃,减少727℃以上温度的风冷时间等工艺措施,使60Si2MnA弹簧钢盘条的全脱碳层由0.072 mm降至0,总脱碳层由0.142 mm降至0.063 mm,弹簧的疲劳寿命由17.7万次提高到23.2万次。     

42CrMo钢表面脱碳行为研究

利用S60/58507型高温热重分析仪研究了加热温度对42CrMo钢脱碳的影响，分析了脱碳组织形貌规律，对传统脱碳模型进行了修正。结果表明，总脱碳深度随加热温度的升高而增加。当加热温度为900℃时，42CrMo钢表面出现完全脱碳层和部分脱碳层，当温度为950℃及以上温度时，42CrMo钢表面只出现部分脱碳层。部分脱碳层中铁素体沿晶界分布，形成网状铁素体组织。由于合金元素的作用，传统的脱碳模型不能适用于42CrMo，修正之后的模型能够较为准确地预测42CrMo钢的总脱碳深度。     

加热期间弹簧钢55SiCr表面脱碳的影响因素研究

在实验室研究了加热温度、保温时间和加热炉内气氛对弹簧钢55S iCr表面脱碳的影响,并对脱碳反应进行了热力学分析。结果表明：在950℃-1250℃范围随温度升高,弹簧钢完全脱碳层厚度先增加后减小,1200℃时完全脱碳层厚度达到最大值,1250℃时由于氧化速度大于脱碳速度,完全脱碳层消失。弹簧钢完全脱碳层厚度分别随加热时间延长、气氛中CO2含量升高、O2含量升高和H2O（g）含量增加而明显增加。当温度为950℃、气氛中O2含量为1%、加热时间为35 min的条件下,可避免完全脱碳层的形成。     

Si对中碳弹簧钢氧化脱碳行为的影响

试验研究了成分(%)为0.49C-0.29Si-1.65Mn、n53C-0.78Si-1.56Mn和0.54C-1.74Si-0.71Mn(60Si2MnA)3种中碳弹簧钢850℃5～120 min水冷和780～1000℃60 min水冷热处理后的脱碳敏感性和氧化失重行为。结果表明,随钢中硅含量增加,钢的脱碳层深度增加,氧化失重量减少,说明Si能增加钢中碳的扩散系数,促进钢的脱碳。     

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An experiment simulating the heating environment of CSP furnace was performed to study the effects of heating temperature, holding time and heating atmosphere on the decarburization of 50CrV4 spring steel. The results show that the decarburization layer depth of 50CrV4 steel increases with increasing the holding time. With holding time of 30 and 60min, the decarburization layer depth increases with increasing the heating temperature below 1050?? and decreases when the temperature is over 1050??. The decarburization layer depth reaches the peak at 1050??. The mixed atmosphere of O2+CO2+H2O+N2 can effectively reduce the decarburization layer depth more than that of O2+CO2+N2 and H2O+N2. Combined with the oxidation model and Fick??s Second Law, the decarburization calculation model is established and corrected with experimental data.     

φ20～42iniil60Si2MnA弹簧钢的脱碳控制

介绍了石钢三轧厂加热炉在加热60Si2MnA弹簧钢时存在的缺陷。为了减小中φ20-42mm60Si2MnA弹簧钢的脱碳层深度,进行了加热工艺参数调整,根据用风量调整炉内氧化性气氛,调节烧嘴轴向风和切向风的比例等试验,使φ20～42mm60Si2MnA弹簧钢脱碳检验的一次合格率,稳步提高,达到96．O％,提高了产品质量。     

奥氏体化温度对51CrV4钢淬火组织和性能的影响

 为了找出51CrV4钢最佳的奥氏体化温度和最佳的综合力学性能，研究了奥氏体化温度对51CrV4钢淬火组织和性能的影响。试验结果表明，随着奥氏体化温度的升高，奥氏体晶粒逐渐长大，淬火后组织硬度呈先增大后减少的趋势，经460 ℃回火后的强度先增大后减小；当奥氏体化温度为880 ℃时，奥氏体晶粒细小均匀，得到的马氏体组织致密，强度和硬度均达到最大值；当奥氏体化温度达到910 ℃时，奥氏体晶粒粗大，而且试验钢出现明显的脱碳现象，强度、硬度和塑性明显下降。研究表明，在实现完全奥氏体化前提下，为保证晶粒均匀且不出现脱碳现象，51CrV4钢获得良好性能的最佳淬火温度为880 ℃。     

铁碳合金薄带气固反应脱碳试验

 提出了高炉铁水双辊连铸薄带＋高温气固反应脱碳生产钢带的全新工艺流程。试验以Ar-H2-H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe-C合金薄带进行脱碳。通过正交试验方法,研究了不同水浴温度（40～60 ℃）、脱碳时间（5～50 min）和脱碳温度（920～1 140 ℃）对脱碳效果的影响。研究结果表明,升高脱碳温度、水浴温度和延长脱碳时间均有利于合金薄带的脱碳,其中脱碳温度的影响最为显著,其次为脱碳时间,水浴温度对脱碳效果的影响最小。碳质量分数为4.05%,厚度分别为2.0、1.0、0.5 mm的薄带,在水浴温度为60 ℃时,1 140 ℃下固态脱碳25 min,薄带平均碳质量分数分别降至1.12%、0.41%和0.017%,证明了碳铁碳合金在可控气氛下通过气固反应脱碳生产中低碳钢带技术上可行。     

新型高强韧性弹簧钢40T 和44T 脱碳倾向的研究

新型高强韧性弹簧钢40T(%:0.41C-2. 12Si- 1.03Cr- 1.98Ni-0.31Mo-0.25V),44T(%:0.44C-2.28Si- 1.42Cr-0.25V)和弹簧钢60Si2CrVA(%:0.59C-1.65Si-1.11Cr-0.18V)的φ18 mm 和φ26 mm 试验钢材由北满特钢 20t电弧炉冶炼,经轧制、冷拔而成。各钢材经860～1000℃加热脱碳试验的结果表明,40T钢碳含量较低,并 有～2%Ni,其脱碳倾向明显低于44T钢和60Si2CrVA钢;880 ℃加热1 h时,40T钢没有脱碳,44T钢脱碳层深 0.05mm,60Si2CrVA钢脱碳层深0.15 mm;1000 ℃加热20 min,40T钢脱碳层深0.1 mm,44T 钢0.2 mm, 60Si2CrVA钢0.4 mm。40T钢脱碳倾向小,有利于提高弹簧的疲劳寿命。     

微波加热高碳铬铁粉固相脱碳动力学

采用微波加热对高碳铬铁粉固相脱碳进行了动力学研究.以碳酸钙粉为固体脱碳剂,按高碳铬铁粉中碳与碳酸钙粉完全分解后产生的CO₂的摩尔比为1︰1和1︰1.4混合,在微波场中对内配碳酸钙高碳铬铁粉加热到不同温度并保温脱碳一定时间,测定其碳含量并计算固相脱碳反应的表观活化能.实验表明:提高内配碳酸钙的比例,物料的脱碳率会相应提高,但混合物料的微波加热升温速率会变小;对于脱碳摩尔比相同的物料,随着脱碳温度的提高和保温时间的延长,物料的脱碳率随之提高.当1200℃保温脱碳60 min时,两种脱碳摩尔比下物料脱碳效果最好,脱碳率分别为65.56%和82.96%.微波场能促进高碳铬铁粉中碳的活化扩散和CO₂的吸附扩散.微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉固相脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应的表观活化能为68.43 kJ·mol-1.      

2 mm铁碳合金薄带固态脱碳试验

 为了探究2 mm厚的铁碳合金薄带固相脱碳规律。试验以Ar-H2-H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe-C合金薄带进行脱碳。把初始碳质量分数为4.15%和3.20%的2 mm铁碳合金薄带分别放入加热场中,然后控制不同加热温度和脱碳时间进行脱碳研究。结果表明,碳向反应界面的扩散是脱碳反应的限制性环节,脱碳温度的升高和脱碳保温时间的延长均有利于脱碳,初始碳质量分数不同的铁碳合金薄带前期脱碳速率相同。由于薄带较厚,恒温脱碳不能达到脱碳要求,从而提出了分段加热脱碳法,脱碳效果良好,初始碳质量分数为4.15%的铁碳合金薄带70 min可脱到0.28%,初始碳质量分数为3.20%的铁碳合金薄带50 min可脱到0.23%。     

铁碳合金薄带气- 固反应脱碳动力学分析

为了研究铁碳合金薄带固相脱碳反应的动力学。试验以Ar- H2- H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe- C合金薄带进行脱碳。把铁碳合金薄带放入加热场中加热到1020、1080和1140℃,并分别保温脱碳0、10、30、50、60、70、80和90min。结果表明,碳向反应界面的扩散是脱碳反应的限制性环节,脱碳温度的升高和脱碳保温时间的延长均有利于提高脱碳量,而且提高反应温度有助于提高脱碳反应速率。铁碳合金薄带固态脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应表观活化能为144.9 kJ/mol。     

高速铁路轨道板用高强度长材产品研发

 介绍了高速铁路轨道板用高强度长材产品的种类及特点、开发过程关键工艺技术。通过合理Mn、Cr、B、Ti优化组合,自主设计了无砟CRTS1型板专用拉杆盘条的化学成分,满足了高铁设计的要求;精炼过程渣面避免采用硅铁粉的扩散脱氧,提高炉渣碱度的工艺,可以提高钢材的洁净度,w(T［O］)控制在7×10-6～12×10-6;针对中碳高硅钢脱碳敏感性强的问题,开发了脱碳层控制技术,包括加热炉温度、时间、气氛以及轧后冷却制度的控制,将中碳高硅钢脱碳深度控制在小于1%钢材直径,无全脱碳;利用表层组织强化和析出强化来提高强度,同时轧材心部获得细小的铁素体+珠光体来保证材料的塑性,实现了高铁用精轧螺纹钢筋在高强度基础上的高塑性。     

CO/CO2气氛下Fe-C合金气固反应脱碳

 为研究Ar-CO-CO₂气氛下Fe-C合金薄带的脱碳效果,通过热力学分析结合试验,确定脱碳气氛条件混合气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,PCO₂/(PCO+PCO₂)为0.26。以初始碳质量分数为4.2%左右的Fe-C合金薄带为研究对象,探索不同脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对脱碳效果的影响。研究结果表明,对厚度为2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度分别为1 293、1 353、1 413 K,脱碳60 min后,平均碳质量分数分别为2.748%、1.870%、1.134%。厚度分别为1、1.5、2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度为1 413 K,脱碳时间为60 min,对应的碳质量分数分别为0.32%、0.92%、1.05%。证明提高脱碳温度、延长脱碳时间、减少薄带厚度均有助于提高脱碳效果。     

热处理工艺对铝硅镀层热成形钢组织性能的影响

为深入理解不同热处理工艺参数对铝硅镀层热成形钢组织性能的影响规律,主要研究了加热温度和保温时间对铝硅镀层热成形钢的硬度、微观组织、镀层厚度和镀层成分的影响。结果表明,当加热温度不大于 900 ℃ 时,铝硅镀层热成形钢的硬度随着保温时间的增加而增加;当加热温度大于 900 ℃ 时,铝硅镀层热成形钢的硬度随着保温时间的增加而下降。当加热温度为850~930 ℃,保温时间为 4、8 min 时铝硅镀层热成形钢的微观组织在模具淬火冷却过程中均转化成为马氏体。在相同加热温度下,铝硅镀层热成形钢合金层的厚度随着保温时间的增加而增大,当加热温度升高至 930 ℃ 时,镀层因氧化而挥发严重,导致镀层变薄,所以铝硅镀层热成形钢的加热温度应控制在 930 ℃ 以下。保温温度升高、保温时间增加导致元素扩散显著,聚集的硅元素含量和面积由于其不断向四周扩散而降低。同时铁元素大量扩散到镀层中,镀层中铁元素含量增加显著。高温下,镀层发生明显的氧化反应,氧化反应促进了微孔洞的形核和长大。     

微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉固相脱碳

高碳铬铁无渣脱碳法可避免有毒铬渣的排放,利用微波场可快速加热粉状物料的特性,在高碳铬铁粉中配加一定比例的碳酸钙粉,可实现高碳铬铁粉快速固相脱碳.实验结果表明:配加一定比例的碳酸钙粉,不会影响内配碳酸钙高碳铬铁粉混合物料的微波加热特性;提高混合物料的脱碳摩尔比、微波加热温度和保温时间,有利于高碳铬铁粉的深度脱碳,但相应加剧脱碳铬铁粉的氧化程度.合适的固相脱碳条件为:脱碳摩尔比1∶1.0~1∶1.4,微波加热温度1100℃,保温脱碳时间60 min.在上述条件下可使碳质量分数为8.16%的高碳铬铁粉脱碳至3.91%~1.71%,脱碳率为52.08%~79.04%.      

硼对高强度弹簧钢脱碳敏感性的影响

弹簧表面形成脱碳层将恶化其疲劳性能,因此要求弹簧钢具有低的脱碳敏感性。研究了不同硼含量(0．0006％～0．0027％)对中碳高强度弹簧钢脱碳敏感性的影响。采用等温处理和等时处理研究了含硼中碳弹簧钢和作为对比的60Si2Mn钢的脱碳层深度和氧化失重量的变化情况。结果表明：实验钢的脱碳层深度和氧化失重量均随硼含量的增加而减少。这表明,钢中添加微量硼能够抑制弹簧钢的氧化和脱碳。硼的这种良好作用主要与其在原奥氏体晶界的偏聚有关。含硼中碳弹簧钢的氧化和脱碳敏感性明显低于所对比的60Si2Mn钢,这除了与硼抑制钢的氧化和脱碳的作用有关外,前者较低的碳含量也是一个主要原因。