鋼管貫通式保護(hù)氣氛爐改進(jìn)設(shè)計(jì)與光亮退火效果的研究.pdf

1、無縫鋼管是一種經(jīng)濟(jì)型鋼材，在汽車、機(jī)車、船舶和軍工等高標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。尤其是汽車行業(yè)，要求鋼管不但具有良好的加工性能與最終使用性能，而且表面呈無氧化脫碳的光亮狀態(tài)。退火熱處理是無縫鋼管生產(chǎn)過程中決定最終性能和表面狀態(tài)的重要工序，但是由于退火設(shè)備的問題和退火工藝不當(dāng)，造成鋼管表面氧化、脫碳現(xiàn)象。通常，鋼管企業(yè)采用保護(hù)氣氛退火爐代替原有氧化氣氛爐，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。為了提高生產(chǎn)效率，某企業(yè)為鋼管處理專門設(shè)計(jì)了貫通式保護(hù)氣氛爐，由

2、于設(shè)計(jì)缺乏經(jīng)驗(yàn)，使用后的無縫鋼管仍存在發(fā)藍(lán)、發(fā)紅等不同程度的表面氧化、脫碳現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足光亮退火要求的表面呈銀白色光亮狀態(tài)。
　　本文從以下方面進(jìn)行了研究:
　　首先，采用掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射儀等相關(guān)技術(shù)手段，研究分析出用該貫通式保護(hù)氣氛爐退火后的鋼管表面發(fā)紅發(fā)藍(lán)為氧化現(xiàn)象，發(fā)紅表面成分為Fe2O3，發(fā)藍(lán)的表面成分為Fe3O4。并通過金相顯微鏡觀測(cè)退火前后無縫鋼管內(nèi)外壁的脫碳層深度，判斷氧化、脫碳是在上述設(shè)備

3、光亮退火過程中產(chǎn)生的。
　　隨后通過對(duì)上述貫通式保護(hù)氣氛爐的結(jié)構(gòu)、加熱及冷卻方式等進(jìn)行研究分析以及對(duì)氮基保護(hù)氣氛技術(shù)參數(shù)檢測(cè)分析，確定氧化脫碳的原因主要是該退火爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理使得空氣進(jìn)入爐內(nèi)，造成氧化。其次是氮基保護(hù)氣氛中氫氣含量不合理造成脫碳。研究認(rèn)為:(1)退火爐為貫通式結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋼管從爐門進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)，通常爐內(nèi)氣壓為正壓。由于爐門沒有密封，一旦爐內(nèi)氣氛為負(fù)壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)向爐外吸氣現(xiàn)象，外界空氣進(jìn)入爐內(nèi)提高氧氣的含量，從而造成氧化。

4、(2)退火爐內(nèi)的氣壓未進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)爐內(nèi)為負(fù)壓時(shí)，外界空氣進(jìn)入爐內(nèi)造成氧化和脫碳;而爐內(nèi)壓力過高又會(huì)造成資源浪費(fèi)。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)退火爐的輸氣泵從加熱段向冷卻段輸氣時(shí)，加熱段在瞬時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓。(3)氮基保護(hù)氣氛的氫氣含量需要進(jìn)一步試驗(yàn)調(diào)整，使光亮退火的脫碳程度降到最低。
　　為了防止貫通式保護(hù)氣氛爐退火產(chǎn)生氧化脫碳，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì):(1)為了防止外界空氣中的氧氣進(jìn)入退火爐，避免爐內(nèi)含氫氣的氮基氣氛逸出，通過模擬仿真燒嘴噴出火焰的

5、尺寸，在入、出口的爐門處設(shè)計(jì)安裝了兩道火簾。(2)為了保證爐壓處于正常范圍（2.25±0.50）KPa內(nèi)，安裝爐內(nèi)氣壓檢測(cè)及報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)氣壓實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　試驗(yàn)證明，通過上述改進(jìn)設(shè)計(jì)解決了退火過程中的氧化問題，但是仍存在一定程度的脫碳層。經(jīng)過分析計(jì)算得到爐內(nèi)氧氣含量，并通過調(diào)整氮基保護(hù)氣氛中氫氣含量，進(jìn)行光亮退火試驗(yàn)。結(jié)果表明氫氣含量在3％～4％范圍內(nèi)，能夠保證光亮退火過程中不會(huì)進(jìn)一步脫碳。
　　通過改進(jìn)后的貫通式保

6、護(hù)氣氛爐，對(duì)20Mn2鋼、45鋼和35CrMo鋼等鋼管進(jìn)行多次光亮退火試驗(yàn)，全面解決了鋼管退火氧化、脫碳和顏色變化的質(zhì)量問題。觀測(cè)鋼管內(nèi)、外壁脫碳情況表明:35CrMo無縫鋼管平均脫碳層深度均由0.20mm減少到0.05mm，20Mn2無縫鋼管平均脫碳層深度均由0.15mm減少到0.08mm，45鋼無縫鋼管平均脫碳層深度均由0.15mm減少到0.08mm，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的≤0.10mm。而且鋼管表面由發(fā)藍(lán)發(fā)紅的狀態(tài)變?yōu)殂y白色的光亮狀態(tài)