[發明專利]一種鋼材熱加工中的補碳方法

有效

• 申請號: 201310401256.9
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103436840A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 錢健清;董玉慶;岳元;王濤;李震
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C23C8/66
• 分類號: C23C8/66;C23C8/46
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域：

本發明屬于金屬塑性加工成型技術領域，具體涉及一種鋼材熱加工中的補碳方法。

背景技術：

鋼在加熱和熱加工過程中存在脫碳現象,對于一般的低碳鋼的產品質量影響不大,但對于中高碳鋼如彈簧鋼、軸承鋼等脫碳是會對鋼材性能會產生重大影響。脫碳是很多中高碳鋼常見的表面缺陷,當鋼發生脫碳后其表面硬度下降,而且全脫碳層與部分脫碳層之間的過渡區在交變應力作用下容易產生微裂紋,引起彈簧鋼等的失效或斷裂。目前高疲勞強度和高彈減抗力成為高強度優質彈簧鋼研發的主題,因此脫碳層深度的控制是生產高強度優質彈簧鋼性能控制的一個重要方面。

文獻“碳彈簧鋼加熱過程中脫碳特性研究”（《熱加工工藝》2007年，第20期）和文獻“55SiCr彈簧鋼表面脫碳的研究”（《上海金屬》2013年，第2期）表明：在目前的生產工藝條件下,鋼坯在加熱爐中加熱以及在熱加工過程中,表面不可避免地要發生脫碳。

在鋼的熱處理過程中,由于中高碳鋼的脫碳敏感性較大也容易發生表面脫碳現象，由于感應加熱技術的推廣，在熱處理階段基本不會出現脫碳現象。而在熱加工如軋制過程中，加熱過程中坯料過大，采用感應加熱技術成本過高，同時加工成型過程中無法與空氣隔絕，脫碳無法避免，因此研究熱加工過程中的中高碳鋼表面的脫碳特性，從而減少脫碳，成為目前的主要研究方向。一般解決脫碳問題的主要方法是調整加熱工藝，如降低加熱溫度，減少加熱時間和改善加熱氣氛。但這樣會較大的增加熱加工的難度，同時脫碳改善程度有限。

文獻“高碳鋼防脫碳保護涂層研究”（《軋鋼》1996年，第8期）提出了一種在加熱前，在鋼坯表面涂上一層保護層，減少鋼坯的氧化，減少鋼坯脫碳。但該方法只能是在坯料加熱時有作用，一旦進入加工變形狀態，保護層脫離，在之后加工和冷卻過程中鋼表面仍然會脫碳，故作用十分有限。

發明內容：

本發明針對現有鋼材熱加工過程中存在的脫碳問題，提供一種鋼材熱加工中的補碳方法。該方法在沒有對熱加工有限制條件狀況下，從根本上解決脫碳問題。

本發明所提供的一種鋼材熱加工中的補碳方法具體如下：

1、鋼坯在加熱爐內加熱到900-1250℃后進行熱加工，在包括熱加工最后一個道次及若干熱加工道次中噴灑含碳材料，所述含碳材料為固體粉狀或液體狀態，如石墨、碳粉、高溫潤滑油或者普通滲碳熱處理所用的滲碳劑，所述含碳材料的噴灑量要求覆蓋鋼材表面0.1mm以上；

2、在最后熱加工道次完成后，鋼材進入充滿保護氣體的空氣中進行冷卻，所述充滿保護氣體的空氣中的殘氧量濃度小于5wt%。

通過以上熱加工方法，最終保證生產的鋼材的脫碳層厚度和脫碳程度有大幅改善。

本發明方法的基本原理是在熱加工的若干道次加工工序中，在鋼材表面噴灑含碳材料，使鋼材表面被含碳材料覆蓋，在熱加工和高溫條件共同作用下，對鋼材表面進行補碳，以彌補在加熱和熱加工過程中的脫碳，同時防止脫碳。而后在保護氣氛下進行冷卻，以防止再次脫碳。通常的滲碳是普通的熱處理，一般認為鋼材滲碳需要很長時間，用于鋼材熱加工中，無法與加工節奏匹配。但是一方面在熱加工和高溫共同作用下，同時要求的補碳極淺，僅對鋼材的表面，鋼材表面增碳很快完成。

本發明方法利用高溫和變形加工的共同作用，對鋼材進行快速補碳，以彌補在加熱和熱加工過程中的脫碳，同時在保護氣氛條件下進行冷卻。本發明方法對于中高碳鋼的塑性熱加工具有普遍適應性，如中高碳鋼的軋制、鍛造等。

具體實施方式：

實施例1：在軋鋼廠生產熱軋彈簧扁鋼產品，鋼種為：55SiCr，尺寸為：100×15mm。

坯料尺寸為：150×150mm。

要求：不得有完全脫碳，總脫碳層：1級小于0.2mm，2級小于0.25mm。

應用目前普遍采用的低溫熱軋工藝，加熱溫度1130℃，開軋溫度1100℃，終軋溫度900℃，經過10道次軋制，最后空冷。取樣測量了11批產品的脫碳情況，如表1所示：

表1普通熱軋工藝產品的脫碳結果

由表1可見有7批二級品，只有4批一級品。

采用本發明所提供的熱加工和冷卻方法，加熱溫度1200℃，開軋溫度1170℃，終軋溫度950℃，在第1，5，10道次加工時，噴石墨粉，保證覆蓋鋼材表面石墨厚度在0.1mm以上，軋制完成后，最后在保護氣氛下空冷（通氮氣保護，殘余氧5%）。取樣測量了10批產品的脫碳情況，如表2所示：