大学本科生科技创新结题答辩 控冷过程中高碳硬线用钢表面脱碳与氧化研究课件

控冷过程中高碳硬线用钢 表面脱碳与氧化研究 本科生科技创新结题答辩 /su ndae_meng 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 4 /sundae_meng 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 5 1. 课题背景、研究目的及意义 课题课题 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 /sundae_meng 1. 课题背景、研究目的及意义 存在的问题问题 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 热温度对脱碳层深度及结构的影响也有待进一步研究。 /sundae_meng 1. 课题背景、研究目的及意义 存在的问题问题 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。 /sundae_meng 1. 课题背景、研究目的及意义 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。 /sundae_meng 2. 研究材料与方案 /sundae_meng 钢钢种CSiMnSPCrNi 600.570.650.170.370.500.800.0350.0350.250.30 700.670.750.170.370.500.800.0350.0350.250.30 82B0.790.860.170.370.500.800.0350.0350.250.30 /sundae_meng 编号风冷工艺 G1吐丝890，15#风机开100%，614#风机开50%，保温罩全开 G2吐丝850，15#风机开100%，614#风机开50%，保温罩全开 G3吐丝890，15#风机开100%，614#风机关，保温罩全开 G4吐丝890，15#风机开100%，612#风机开30%，1314#风机关，保温罩全开 2. 研究材料与方案 2. 研究材料与方案 工业实验的冷却曲线 /sundae_meng 脱碳层层厚度及结结构的影响因素 加热温度对硬线脱碳的影响 碳含量对硬线脱碳的影响 a. 碳含量对单相区脱碳的影响 b. 碳含量对+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 /sundae_meng 加热热温度对对硬线线脱碳的影响 60钢在不同温度（650、700、750、800、850、900）， 加热时间为90min，出炉后空冷至室温。其脱碳层形貌光学金相见图。 不同温度加热90min下60钢脱碳层形貌光学金相 650 700 750 800 850 900 3. 加热温度及碳含量对硬线脱碳的影响 /sundae_meng 从上图中可以看出： 加热温度为650时，由于温度较低，表面无明显脱碳发生。 当温度为700、750和800时，表面为全脱碳层+部分脱碳层。并且 随着温度的升高，全脱碳层深度逐渐减小。 随着温度继续升高，当加热温度为850和900时，脱碳层形貌为部分 脱碳。 结果表明：60钢存在一个发生全脱碳的敏感温度区间700-800，在 700时全脱碳达到最大值75m，并且随着温度的升高，全脱碳深度降低 。这与我们通常的认识是不一致的。 /sundae_meng 3. 加热温度及碳含量对硬线脱碳的影响 碳含量对对单单相区脱碳的影响 不同碳含量硬线900加热90min脱碳层形貌光学金相如图所示。从图 中可见看出，三种硬线60、70和82B，脱碳层均为部分脱碳，并且随着 碳含量的增加，脱碳层深度逐渐增大。 900时，实验钢处于单相区。实验结果表明，处于单相区时，硬线 发生部分脱碳，且脱碳层深度随碳含量的升高而增大。 60钢70钢82B钢 不同碳含量硬线900加热90min脱碳层形貌光学金相 3. 加热温度及碳含量对硬线脱碳的影响 /sundae_meng 碳含量对对+两相区脱碳的影响 加热到60和82B脱碳层均以全脱碳为主，而70钢无表面脱碳。 700时，实验钢处于+两相区。因此，处于+两相区时，硬线主要 发生全脱碳，且随着碳含量的增加，全脱碳层深度先减小后增大。 60钢70钢82B钢 不同碳含量硬线700加热90min脱碳层形貌光学金相 3. 加热温度及碳含量对硬线脱碳的影响 /sundae_meng 吐丝丝温度的影响对对氧化层层厚度的影响 对于相变后冷却工艺相同（15#风机开100%，614#风机开50%，保温 罩全开），而吐丝温度不同（890、850）的试轧试样，氧化层光 学SEM金相如图所示。 由图可见，吐丝温度为890时，氧化层厚度为7.5m；吐丝温度降低 到850时，氧化层厚度降低为4.5m，减少了40%。可见，降低吐丝 温度，可以有效减少表面氧化。 850890 4. 冷却工艺对氧化层厚度的影响 不同吐丝温度硬线氧化层光学SEM金相 /sundae_meng 相变变后冷却工艺艺的影响对对氧化层层厚度的影响 对于吐丝温度相同（890），而相变后冷却工艺不同（而相变后冷却 工艺不同（614#风机开50%，保温罩全开；614#风机关，保温罩全 开；612#风机开30%，1314#风机关，保温罩全开）的试轧试样，氧 化层光学SEM金相如图所示。 由图可见，对比614#风机关，612#风机开30%能够将氧化层厚度由 11.0m降至8.0m，降幅达27%。继续加大冷却，氧化厚度降低较少。 G3工艺G4工艺G1工艺 不同相变后冷却工艺硬线氧化层光学SEM金相 4. 冷却工艺对氧化层厚度的影响 /sundae_meng 结论结论 （1）60钢存在一个发生全脱碳的敏感温度区间700-800，在700时全 脱碳达到最大值75m，并且随着温度的升高，全脱碳深度降低。结 果证明完全脱碳产生的温度区间与Fe-Fe3C相图上+两相区温度区间 基本一致。 （2）碳含量对硬线脱碳有明显影响：处于单相区时，发生部分脱碳， 且脱碳层深度随碳含量的升高而增大；处于+两相区时，硬线主要 发生全脱碳，且随着碳含量的增加，全脱碳层深度先减小后增大。 （3）轧后冷却工艺可以显著影响70钢盘条氧化层的厚度。相同的风冷条 件下，吐丝温度由890降低到850，氧化层厚度减少40%；控制相 变结束后至集卷段平均冷却速度由2.6/s升至4.2/s，集卷温度由 475降为385，就能达到显著降低氧化层厚度的目的。 5. 结论结论 、项项目成果及创创新点 /sundae_meng 项项目成果 研究了轧后冷却工艺对70钢硬线氧化铁皮厚度的影响，制定了相 应冷却工艺参数； 研究不同因素对不同含量硬线脱碳层深度及结构的影响，明确了 脱碳层的控制策略； 在期刊“武汉科技大学学报”上发表科技论文一篇“轧后冷却工艺对 70钢盘条氧化层厚度的影响”； 完成项目研究报告。 /sundae_meng 5. 结论结论 、项项目成果及创创新点 项项目创创新点 采用了工