钢丝的周期炉热处理工艺

钢丝的周期炉热处理工艺

周期炉热效率高、装炉量大、操作方便，广泛用于钢丝的软化处理和球化处理，软化处理和球化处理工艺曲线T1、T2表示加热温度，t1、t2和t3 分别表示加热时间、保温时间、冷却方法和时间。毫无疑问，钢丝热处理的先决条件是：热处理炉结构合理、炉温均匀、测温准确、控温得当，在上述基本条件具备的情况下，就可以讨论热处理工艺参数的确定方法了。

1 加热时间

加热时间（t1）指将炉内钢丝的各部位全部加热到预定加热温度所需要的时间，加热时间主要取决于加热温度、装炉量和钢丝密实程度。其中密实度是一个容易忽视的因素，一般说来，冷拉钢丝的密实度大于热轧盘条，从拉丝卷筒上直接下线的密实度大于倒立式下线和“象鼻子”下线，细规格钢丝密实度大于粗规格钢丝。对密实度高的钢丝通常采用在标准加热时间的基础上补加一段时间的方法来保证烧透，以装炉量15t左右的热处理为例，直径大于3.0mm钢丝执行标准加热时间，直径2.0-3.0mm钢丝加热时间增补0.5h，直径小于2.0mm 钢丝加热时间增补1h。

现代化的燃气炉和电炉，热源稳定，保温条件较好，可以用热平衡计算的方法导出加热时间计算公式，以285kW的强对流气体保护退火炉（电加热）为例10，经热平衡计算导出的加热时间计算公式为：

t1 （650℃时）=0.61M+3.1

t1 （700℃时）=0.67M+3.5

t1 （720℃时）=0.69M+3.7

t1 （750℃时）=0.75M+4.0

t1 （780℃时）=0.82M+4.4

t1 （800℃时）=0.86M+4.5

t1 （850℃时）=0.93M+5.1

式中：t1—加热时间，h；M—装炉量，t。

经生产验证，加热时间完全符合实际情况。对于水煤气、热煤气加热，或烧煤的老式加热炉，热源不稳定，保温条件较差，炉温控制偏差较大，基本无法进行热平衡计算，可以用直接观察的方法，测出炉中钢丝内外圈，料架上中下部位均达到预定加热温度所需时间，并以此为依据制定热处理工艺。

2 加热温度

加热温度（T1和T2）要根据钢丝牌号、热处理目的来设定，周期炉基本可按球化处理和再结晶处理来设定工艺，钢丝和合金丝球化加热温度范围在700-900℃之间，再结晶加热温度范围在600-850℃之间。现代化的热处理炉，多采用计算机自动控制热处理全过程，计算机可以预设多条工艺曲线（10-100条），球化处理工艺曲线的加热温度通常预设为：700℃、720℃、750℃、790℃、800℃、820℃、850℃、880℃、900℃，再结晶退火工艺曲线的加热温度通常预设为：600℃、620℃、740℃、660℃、680℃、700℃、720℃、730℃、750℃、780℃、800℃、850℃。生产中可以根据钢丝牌号直接调用第xx号曲线。此外设定加热温度还要考虑炉中气氛，在氧化性气氛中退火，要考虑钢丝脱碳和贫碳问题，一般说来，高碳钢丝和高硅钢丝脱碳或贫碳趋势较重；在强氧化性气氛中钢丝脱碳或贫碳最严重，在微氧化气氛中（如装罐密封）钢丝脱碳或贫碳也较重，在中等氧化气氛中退火（尤其在750℃以下退火），因为氧化速度大于脱碳速度，钢丝的脱碳层无明显加深，甚至有减少的可能。为防止或减轻脱碳和贫碳，有时需有意识地压低加热温度，适当延长保温时间。

在氮气、氨分解气、氢气和其他保护气氛中退火，可以适当提高加热温度，以缩短保温时间，提高生产效率。特别是使用氢气作为保护气氛，因为氢气导热性好，可加快升温速度，缩短均温时间，减少降温时间，根据德国洛伊（Loi）公司提供的工艺曲线，轴承钢丝球化热处理（装炉量24t）如用氮气作保护气氛，一炉热处理周期约为30.5h，同样热处理改用氢气作保护气氛时，热处理周期缩短到21.1h，生产效率提高30%以上。

3 保温时间

保温的作用是使钢丝从表面到内部温度进一步均匀化，同时完成预期的组织转变。对再结晶退火而言，实际生产中保温时间（t2）一般按2h设置。球化处理要完成奥氏体化和半数以上渗碳体的溶解，需要较长时间，一般按3-4h设置，上限加热温度选用下限时间，下限加热温度选用上限时间。

4 冷却方法和时间

冷却方法和时间（t3）是指：球化处理的钢丝保温期满后，以每小时20-40℃的速度，控制冷却到Ar1或Arcm点以下，完成渗碳体的球化。无保护气氛退火，一般将控冷终止温度定在650℃，然后出炉空冷。当然，对于Ar1或Arcm点较低的钢丝必须冷到临界点以下才能出炉。另外，高碳高合金工具钢丝，特别是莱氏体钢丝为降低热应力，防止产生裂纹，最好冷到500℃或250℃以下再出炉（或出罐）。氮气保护热处理的钢丝，为防止钢丝出炉后二次氧化，同时也为了避免炉胆的氧化，球化完成后通常采用炉冷、风冷或喷水冷却（对

炉胆损害大，尽量少用），待温度降到400℃以下再出炉。氨分解气体和氢气保护热处理的钢丝，为彻底避开爆炸的危险，多选用300℃以下出炉的方案。

再结晶退火的钢丝保温期满后，不存在过冷奥氏体等温转变问题，实际上可以直接出炉空冷。但生产中，保护气体热处理的钢丝和高碳高合金工具钢丝，也采用与球化处理完成后相同的冷却方法。

特殊钢丝厂因日常生产的钢丝牌号多、品种多，再加上执行标准和交货状态的差别，使热处理工艺更加繁琐和复杂，通常做法是先将热处理钢丝按球化处理和软化处理进行分类，每类钢丝预设若干条工艺曲线，通常球化处理预设9条曲线，再结晶退火预设12条曲线。每天生产的钢丝按工艺曲线对号入座，凑够一炉再根据装炉量、规格，核算加热时间、保温时间，以及冷却方法和时间。热处理工艺制度通常用两种表格来表述：第一种表格适用于装炉量不大，每炉装料量基本衡定的退火炉，表格内容包括钢丝牌号、生产状态（原料、半成品、成前和成品）、规格范围、热处理曲线序号（隐含了热处理类型、冷却方法）、执行技术标准。第二种表格是作为第一种表格的补充规定，适用于装炉量较大，每炉实际装料量波动较大的退火炉，表格内容包括热处理类型、加热温度、装炉量、升温时间、保温时间等，因此，周期炉热处理工艺制度可以用2-3种图表来表述：工艺曲线图、工艺制度表和不同退火温度、不同装炉量对应的工艺制度表。

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