控冷过程中高碳硬线用钢表面脱碳与氧化研究

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1、控冷过程中高碳硬线用钢表面脱碳与氧化研究2011年本科生科技创新结题答辩——学生王灿张强贾超君玉买提别克导师刘雅政教授周乐育讲师专业材料科学与工程学院材料成型与控制工程08级主要内容课题的背景、研究目的及意义1研究材料与方案2冷却工艺对氧化层厚度的影响42北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing加热温度及碳含量对硬线脱碳的影响3结论、项目成果与创新点51.课题背景、研究目的及意义3课题背景通常把优质碳素结构钢种含碳量≥0.45%的中高碳钢轧制的线材称为硬线。硬线主要

2、是供给金属制品行业的原料，广泛用于加工低松弛预应力钢丝、钢丝绳、钢绞线、轮胎钢丝及钢帘线、中高强度的紧固件等。硬线成品钢绞线1.课题背景、研究目的及意义4存在的问题之一：表面脱碳硬线的表面脱碳是影响硬线成品的表面质量的主要因素之一，必须在生产中加以特别的控制。表面脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。线材硬度、耐磨性、疲劳强度和冲击韧性等明显下降，造成钢帘线、钢绞线、钢丝绳等使用寿命明显降低。通常认为碳含量越高，硬线脱碳层深度越大。然而生产实践表明并非如此。有关两相区对硬线脱碳层深度及结构影响的研究较不完善；此外，加

3、热温度对脱碳层深度及结构的影响也有待进一步研究。北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing1.课题背景、研究目的及意义5存在的问题之二：表面氧化钢材与氧发生反应，生成的化合物称为氧化铁皮，其质地硬而脆，后续拉拔时易导致钢丝表面的损伤和加剧模具的磨损增加后续处理步骤（如酸洗），降低金属收得率，并引起环境污染。目前为止，关于加热及轧制过程中高碳硬线的氧化行为的相关研究做得较为透彻，在控制轧制和组织性能控制方面已取得了较显著的成果。然而，在轧后控冷过程中，高碳硬线仍会继续发

4、生氧化行为。而对此相关研究进行得较少，较为理论和系统的研究少见于报道。北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing1.课题背景、研究目的及意义6研究目的：探究加热温度及碳含量对硬线脱碳层厚度及结构的影响，以及高碳硬线轧后控制冷却过程中工艺参数（吐丝温度、风冷冷速等）对线材表面氧化层厚度的影响，进而为线材生产提供理论指导。研究意义：为制定合理的轧后冷却工艺提供依据，从而有效控制轧后线材的表面脱碳，提升产品表面质量。减小表面氧化铁皮厚度，优化其结构，以提高金属收得率，缩短酸

5、洗时间，减少酸耗，甚至可以用机械除鳞取代酸洗，根除环境污染。对轴承钢、弹簧钢和模具钢等中高碳钢表面脱碳与氧化的研究与控制，具有普遍的适用价值。北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing2.研究材料与方案7脱碳实验脱碳实验研究了60、70与82B钢的加热过程脱碳行为。采用箱式电阻炉分别加热3个钢种的试样到不同温度（650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃），加热时间为90min，出炉后空冷。脱碳实验后，将试样进行打磨、抛光和浸蚀，采用光学金相显微镜观察

6、脱碳层形貌，并测定脱碳层深度。北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing钢种CSiMnSPCrNi600.57~0.650.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30700.67~0.750.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.3082B0.79~0.860.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30试验钢化学成分8氧化实验氧化实验针对70钢Φ6.5mm硬线，采用工

7、业实验研究控制冷却参数（吐丝温度、相变后冷却工艺）对70钢氧化铁皮厚度的影响，工业实验方案采用4组冷却工艺，如下表所示。北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing编号风冷工艺G1吐丝890℃，1~5#风机开100%，6~14#风机开50%，保温罩全开G2吐丝850℃，1~5#风机开100%，6~14#风机开50%，保温罩全开G3吐丝890℃，1~5#风机开100%，6~14#风机关，保温罩全开G4吐丝890℃，1~5#风机开100%，6~12#风机开30%，13~14

8、#风机关，保温罩全开70钢Φ6.5mm硬线试轧工艺要点2.研究材料与方案2.研究材料与方案9工业实验的冷却曲线实测斯太尔摩风冷曲线10脱碳层厚度及结构的影响因素加热温度对硬线脱碳的影响碳含量对硬线脱碳的影响a.碳含量对γ单相区脱碳的影响b.碳含量对α+γ两相区脱碳的影响3.加热温度及碳含量对硬线脱碳的影响11加热温度对硬线脱碳的影响60钢在不同温度（650℃