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降低GCr15冷拔坯脱碳层深度的工艺探讨
降低GCr15钢冷拔坯料脱碳层深度的工艺探讨
周建峰孙军王芝林
（西宁特殊钢集团有限责任公司）
摘要:本文介绍了GCr15钢①26mm规格冷拔坯料的脱碳质量问题，分析了脱碳产生机理，根据加热炉的各项参数，进行加热工艺优化，同时采用钢锭表面喷涂保护涂层技术，有效地降低了冷拔坯料表面脱碳层深度。
关键词:GCr15钢脱碳层深度降低
1前言
对于GCr15钢来说，脱碳层深度超标是一种质量缺陷，对于我公司二轧作业区生产的①26mm规格冷拔坯料，脱碳造成的危害更为严重。冷拔坯料脱碳层深度偏高，增加了后续冷拔材生产过程中的工序和劳动量，提高了生产成本，同时也存在脱碳层未完全消除带来的质量隐患。对于最终成品材来说，脱碳将使钢材表面的耐磨性、疲劳强度等性能降低，往往达不到要求的硬度，调质处理淬火时有可能出现裂纹、软点等问题。
脱碳主要是钢锭在加热炉内加热时产生的，在加热过程中，由于受加热温度、加热时间、炉气成份等的影响，导致钢锭表面引起脱碳。因此，为从根源上降低冷拔坯料表面脱碳层深度，必须研究电渣锭在加热条件下，表面脱碳的形成原因，并根据具体原因优化生产工艺，降低脱碳层深度。
2产生脱碳的机理分析
我公司GCr15钢冷拔坯料生产工艺流程：280x280mm电渣锭?连续式加热炉加
热?650轧机开过程坯？3/5轧机轧制①26mm冷拔坯料?穿水控冷?入坑保温。钢在加热条件下发生氧化和脱碳两个过程，并且这两个过程是同时发生的，最后在钢的表面形成氧化铁皮和脱碳层。氧化过程是指加热炉内氧向钢中扩散形成氧化铁皮，并且钢中的铁向外扩散不断与氧反应使钢的表面氧化铁皮厚度逐渐增加；脱碳过程是指钢表层的碳原子在高温条件下发生扩散而迁移至表面与加热炉内的脱碳气体发生反应形成含碳气体，导致钢表层碳原子流失的现象。其反应机理如下：
氧化反应
与O的反应2
2Fe+O?2FeO2
6Fe+O?2FeO234
4FeO+O?6FeO34223
与CO的反应2
Fe+CO?FeO+CO2
3Fe+4CO?FeO+4CO234
3FeO+CO?FeO+4CO234
2FeO+CO?3FeO+CO34223
与HO的反应2
Fe+HO?FeO+H22
3Fe+4HO?FeO+4H2342
3FeO+HO?FeO+H2342
2FeO+HO?3FeO+H342232
脱碳反应
与O的反应2
2FeC+O?6Fe+2CO32
2）与CO的反应2
FeC+CO?3Fe+2CO32
与HO的反应2
FeC+HO?3Fe+CO+H322
电渣锭加热过程中，氧化与脱碳是同步进行的，温度较低时，脱碳速度大于氧化速度，氧扩散与铁扩散的相互作用要小于碳扩散，脱碳层深度随温度升高逐渐增加；当脱碳层深度达到最大之后，氧化速度大于脱碳速度，氧与铁的扩散作用大于碳的扩散，脱碳层开始变小，氧化铁皮厚度增大。另外，高温时由于氧化物急剧膨胀，使氧化层变得疏松容易脱落，从而进一步加剧了氧化反应，使脱碳层急剧下降。
加热炉内影响GCr15电渣锭脱碳的原因主要有:炉气成分、加热温度、加热
时间等。
炉气成分
我公司加热炉目前使用混合煤气，引起脱碳的炉气成分有H0、C0、0等。222炉气成分对脱碳的形响是根本性的。使用混合煤气的加热炉，燃烧产物对于易脱碳的GCr15钢来说都是饱和性氧化气氛，即使空气消耗量很低，仍然产生一定的脱碳量。因此，在实际生产时必须控制好炉内气氛，使得电渣锭氧化速度和脱碳速度控制在合理范围内，方可有效减少脱碳。
加热温度
一般随着电渣锭加热温度的升高，脱碳层就越深。电渣锭温度在8?以前脱碳很轻徽，9?以后随着加热温度的升高,钢中的铁离子、碳原子及炉气中的氧化性气体的活动能力增强，加速了钢中铁离子、碳原子扩散至表面与加热炉内的氧化性气体发生反应，加速钢的氧化和脱碳。加热温度越高，电渣锭表层中的铁离子、碳原子迁移速度越快，与炉气反应后流失也越多，造成的氧化和脱碳也就越严重，在此期间脱碳层迅速增加，在1150?左右，脱碳层深度最高，此后脱碳层深度随温度增高而减小。因此，在电渣锭加热时，应避开产生脱碳的温度峰值。
(3)加热时间
在加热温度一定的情况下，加热时间越长，钢中与炉气接触到的新的铁离子和碳原子越多，钢的脱碳越严重。加热时间与脱碳的关系基本符合抛物线规律，即脱碳层深度与加热时间的平方根成正比。
3生产原因分析
根据我公司目前生产现状，对650连续式加热炉进行各项参数调查及分析，找出冷拔坯料脱碳产生的原因。
3.1参数调查
燃气成分
3该加热炉使用的是高、焦混合煤气，热值约为8.0MJ/m，成分主要含CO、
H、CO、CH。224
加热炉各段炉温及电渣锭温度
通过加热炉控制电脑显示的各段炉温以及电渣锭在炉内实际测量的温度的
对比，可看出电渣锭实际加热温度过