退火工艺（精选7篇）
退火工艺 篇1
1 引言
轴承钢主要用于制造滚动轴承滚珠、滚柱和套圈及一些高速旋转的高负荷机械零部件, 因此要求轴承钢具有高强度、均匀的高硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、高的耐磨性和一定的韧性。通过控轧控冷加工的轴承钢往往不能达到上述的要求, 必须安排合理的热处理工艺才能使轴承钢具有良好的性能。球化退火是其热处理过程中的关键工艺, 直接影响轴承钢使用的可靠性和寿命及其加工性能。轴承钢球化退火的周期长, 通常为10~16h甚至更长, 使得轴承钢的生产效率降低。在满足性能要求的条件下, 合理提高球化退火的速度, 对轴承钢生产效率的提高具有重要意义。
2 试验用原料
本试验用原料为控轧控冷GCr15准32棒材, 选取同一炼钢炉号轧材共计40t进行试验。
3 退火工艺方案
(1) 将试验料分成二个批号, 其中一个批号按原工艺退火, 轧批号为3857;另一个批号按试验工艺退火, 轧批号为3856。具体方案见表1。
(2) 指定5#炉退火, 装炉量≤1200kg/m, 速度由原来的4.2m/h提高到4.6m/h, 退火速度提高5%。
4 实验结果及分析
对两组实验材料的球化组织、碳化物带状、碳化物网状及硬度做了检测 (碳化物检测标准为SEP1520, 硬度检测标准为GB/T 231.1-2009) , 对比分析各检测项目, 实验检测项目数据如表2所示。
球化组织检测对比结果:新旧工艺未见明显差异。
碳化物带状组织检测结果:新旧工艺符合要求, 未见明显差异。
基于原来的试验检测标准GB/T18254对碳化物网状进行评级, 结果如表6所示。
碳化物网状组织检测结果:新旧工艺符合要求, 未见明显差异。
硬度检测结果:新旧工艺符合要求, 未见明显差异。级别
5 结论
此次试验把退火速度提高了5%, 从各项检测结果来看, 球化组织、碳化物带状、碳化物网状、硬度数据都合格, 新旧工艺之间没有明显区别。因此退火速度提高5%, 符合标准要求, 而总时间在原来的基础上减少了4.5%, 可以提高生产效率。
摘要：轴承钢球化退火工序是制约轴承钢生产的主要瓶颈, 为了提高轴承钢退火效率, 进行了缩短退火时间的试验, 探索在保证碳化物网状、带状、球化组织及硬度等要求的情况下, 提高退火效率的方法。
关键词：退火工艺,球化组织,网状组织,带状组织,硬度
参考文献
[1]SEP 1520-1998, Microskopic examination of cabide structure in steels by means of diagram[S].
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[4]王一谦, 黄贞益, 李佑河, 等.GCr15轴承钢球化退火工艺研究[J].金属热处理, 2012, 27 (6) :38-41.
[5]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社, 2003.
汽车齿轮模具的退火工艺漫谈 篇2
1 实验材料与方法
(1) 试验材料及热处理工艺。
为了保证实验的有效性, 本文所采取的试验材料为20Cr Mn Mo汽车齿轮模具, 其成分采用Q6型火花直读光谱仪与GC——508A高频红外硫磷分析仪进行分析。相对来说, 试验材料在选取的时候, 既要有一定的代表性, 又不能过于大众化。目前的汽车行业发展迅速, 很多的汽车齿轮都发生了较大的变化, 如果一味的在大众化方面努力, 并没有办法得到一个理想的效果。20Cr Mn Mo汽车齿轮模具在目前的应用当中, 虽然拥有广泛的使用基础, 但是自身具有一定的技术性, 并不违反材料的选择规则, 同时利用这种材料, 能够让退火工艺的效果更加明显。经过一定的试验, 锻造后未进行退火处理的试样编号为试样1#, 试样2#~4#分别进行不同的退火处理。
(2) 表面硬度测试。
在汽车齿轮模具的退火工艺当中, 表面硬度测试是一个非常重要的考量标准。为了保证在试验的过程中, 不会出现太大的误差, 科研人员主要是将试样的表面硬度测试放在HBE——3000A型布氏硬度计上进行。在测试之前, 必须保证试样的表面光滑平坦, 如果出现一丝丝的凹凸痕迹, 都会影响最后的测试结果。同时, 一定要避免试样的表面存在杂质, 否则同样会影响最后的测试结果。主要观察的指标有:是否存在氧化脱皮, 是否有脱碳层或者其他的污物。为了保证测试结果具有较高的可信度, 在试样表面选取了5个点进行硬度测试, 将平均值作为试样的表面硬度。
2 结果及讨论
(1) 表面硬度测试结果及讨论。
从试样1#~试样4#的表面硬度测试结果如表1所示, 从四个试样来看, 试样3#的表面硬度较低, 而试样2#和试样4#相对3#来说, 其硬度值要高一些。试样1#的硬度值降低了91HB。根据最后的结果分析, 20Cr Mn Mo汽车齿轮模具锻造后的表面硬度, 受退火加热温度的影响较大, 二者之间主要呈现出正比的关系, 也就是说当退货加热温度在降低到某一个值以后, 20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的表面硬度也会降低相应的幅度, 甚至是更低。经过详细的统计和分析, 再加上2#~4#的对比分析, 当退火工艺的温度为830℃的时候, 比较有利于降低20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的硬度, 同时可以在此期间, 更好的改善其切削加工性能。
(2) 冲击试验结果及讨论。
在冲击试验当中, 韧性是一个非常关键的评价指标, 它能够从根本上对汽车齿轮模具性能做出一个客观的判断, 并且对日后的生产、加工提供数据上的支持和质量上的保证。从工艺的角度来说, 韧性决定了汽车齿轮模具在冲击力作用下抵抗破裂或者断裂的能力。从试验结果来看, 3#的退火工艺, 能够从客观上提高20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的韧性, 并且最大限度的延长模具的使用寿命。对于汽车齿轮模具来说, 韧性可以说是一个硬性的要求, 韧性越高, 那么发生脆断的可能性就越小, 同时在抗疲劳的性能上, 也能提升到较高的层次, 从而在使用寿命当中, 也可以得到一个理想的结果。
3 对汽车齿轮模具退火工艺的思考
(1) 温度的控制。
就目前的情况来说, 在退火工艺参数相同的情况下, 虽然77℃, 890℃的温度都能够得到一个较好的结果, 但是远远没有830℃的效果理想。相对而言, 当退火工艺集结在830℃的时候, 能够降低20 Cr Mn Mo汽车齿轮模具在锻造以后的硬度, 不至于发生脆断这种情况。另外, 经过830℃的工艺加工, 20 Cr Mn Mo汽车齿轮模具实现了细化晶粒、延长模具寿命的效果。其实, 在退火工艺当中, 830℃并不是一个硬性的要求, 可以根据实际的工作需求, 来稍微提升或者下降一定的温度数值, 只要能够保证汽车齿轮的模具质量就好。
(2) 工艺性能控制。
在目前的测试当中, 汽车齿轮模具的退火工艺在830℃的数值时, 能够得到一个良好的齿轮模具。本文认为, 在日后的工作当中, 可以采用8230℃×2 h加热, 并在650℃保温5 h后空冷的退火工艺, 能够得到一个较高的性能比。经过详细的统计和分析, 此时的表面硬度能够降到98 HB, 剪切断面率达到了89%, 是一个很大的进步。另一方面, 所有的碳化物都呈现出颗粒状, 分散在基体当中。我国目前的汽车行业正在蓬勃发展, 汽车齿轮模具的退火工艺对汽车来说, 至关重要。今后必须不断的革新工艺, 在温度、韧性以及使用寿命等方面, 进一步提升, 让日后生产出来的齿轮能够具有更好的性能。
总结:本文对汽车齿轮模具的退火工艺进行了一定的阐述, 主要以20Cr Mn Mo汽车齿轮模具为例, 进行了详细的分析。现阶段的情况已经非常明朗, 退火工艺的确能够得到理想的结果, 并且提升齿轮的性能。日后可以进行广泛的应用, 同时根据各个地区的实际需求以及汽车齿轮的未来发展, 进行针对性的优化工作。相信在以后的发展中, 汽车齿轮模具退火工艺一定可以提升到一个全新的高度。
摘要：汽车齿轮模具在加工齿轮的时候, 具有非常重要的作用, 从客观的角度来说, 汽车齿轮模具的加工生产工艺是一项核心环节, 对很多方面的工作都有很重要的影响。相对来说, 退火工艺在目前得到了很大程度上的重视, 并且在汽车齿轮模具的加工、生产以及维修当中, 表现出了较高的水准。另一方面, 汽车的数量在不断的增加, 相关模具以及各项加工工艺都要得到较大的提升, 否则很难满足社会上的需求。
关键词：汽车,齿轮模具,退火工艺
参考文献
[1]朱祖昌.热处理技术发展和热处理行业市场的分析[J].热处理, 2009 (4) .
[2]胡月娣, 赵增爵, 沈介国.离子渗氮技术及其应用[J].热处理, 2009 (1) .
退火工艺 篇3
取向硅钢是具有﹛110﹜〈001〉织构、Si含量为3%的软磁材料,主要用作变压器铁芯和大发电机的定子铁芯,是电力、军事工业中不可缺少的合金材料。因其制造设备和生产工艺复杂、制造工序长和影响性能因素多,而被誉为钢铁材料的“艺术品”[1]。取向硅钢按制造工艺特点和磁性能的差异可分为普通取向硅钢(GO)和高磁感(Hi-B)取向硅钢,无论哪种取向硅钢,都必须进行高温退火[2]。在高温退火阶段,通过二次再结晶形成单一的﹛110﹜〈001〉织构,同时在950~1000℃温度下,涂敷在钢带表面的Mg O会与脱碳退火时形成的Si O2薄膜发生化学反应,形成硅酸镁底层。如不能形成良好的硅酸镁底层,经后续的酸洗和涂敷绝缘层后就不能形成均匀一致的表面,甚至造成“露晶”和“亮点”,且附着性变差。本研究发现一次均热温度和时间、二次升温速率及气氛条件等不同高温退火工艺对取向硅钢底层质量均有较大影响,研究结果对提高取向硅钢成品的表面质量有一定的指导意义。
2 试验材料及测试方法
2.1 试验材料
试验材料为以Cu S为主要抑制剂的取向硅钢,其化学成分(质量分数)为3.2%Si、0.034%C、0.45%Cu、0.008%S和0.023%Al。生产工艺:230 mm板坯→热连轧(轧至2.3 mm,轧制温度为1250℃)→一次冷轧(轧至0.63 mm)→中间脱碳退火(温度:840℃;时间:6 min;气氛:20%H2+80%N2;水温:60℃)→二次冷轧(轧至0.27 mm)→涂敷Mg O涂层→高温退火→性能检测。其中高温退火过程主要包括:一次升温阶段、一次均热阶段、二次升温阶段、二次均热阶段及降温阶段。
采用国内某公司的硅钢级Mg O涂敷,具体技术指标见表1。
将Mg O与去离子水按7∶10的比例混合配制成一定浓度的Mg O浆液,浆液始终保持在5℃以下,均匀涂布在二次冷轧取向钢板表面,烘干至水化率小于3%后,装入罩式炉进行高温退火。
2.2 测试方法
按照GB/T 2522—2007《电工钢片(带)表面绝缘电阻、涂层附着性测试方法》[3],将试样按一定的直径弯曲180°,检查其表面涂层的附着情况,由高到低分为A、B、C、D 4个级别。底层表面质量主要依据肉眼观察进行评定,其评价标准分为3个等级,依次为:Ⅰ——优良;Ⅱ——一般;Ⅲ——差。
按照GB/T 2522—2007规定的方法,使用德国BROCKHAUS表面绝缘电阻仪器进行底层表面绝缘电阻检测。
将5%的硫酸铜溶液点滴到底层表面,以滴液开始翻红的时间作为终点,判断取向硅钢底层的致密性,翻红时间越长,说明致密性越好。
3 试验结果及讨论
3.1 一次均热温度和时间对底层质量的影响
在二次升温速率为17℃/h(气氛条件为75%H2+25%N2),二次均热温度为1180℃(气氛条件为100%H2)条件下保温30 h,在不同的一次均热温度和均热时间下进行试验,检测结果见表2和图1。
从表2中可看出,试样2底层外观质量最好,试样3次之,试样1和试样4底层外观质量最差。同时可以发现底层外观质量好的试样附着性也好,而试样1因为底层质量没有很好地形成,所以绝缘电阻也低,试样4硅钢基板存在氧化现象,尽管绝缘电阻较大,但附着性明显变差。
在Mg O涂液配制过程中,Mg O与水发生反应生成Mg(OH)2,Mg(OH)2含有一定量的化合(结晶)水,这种化合水在涂层烘干时不能排出,随Mg O涂层带入高温退火炉内。当钢卷温度升到350~450℃时,Mg(OH)2开始分解释放出化合(结晶)水,当温度达到550~650℃时,化合水持续分解产生的水蒸气通过氢气和氮气带出炉外,但炉内化合水的排出需要持续一定时间,才能将其完全排除干净。如在一次均热阶段内,不能将化合水完全排除干净,进入到二次升温阶段,温度达到780℃以上时,化合水开始氧化钢带表面,使钢带过氧化形成Fe O,由于Fe O不能与Mg O发生反应生成硅酸镁底层,因此形成的Fe O被氢气还原后使底层出现点状露晶缺陷,并且附着性差[4],如试样1。再者,由于钢卷内外温差大,当炉温升到700~800℃时,钢卷温差可达100~200℃,致使钢卷各部位排出的化合水有很大的差别,造成气氛露点波动大,在钢带表面发生局部氧化,使形成的底层产生花纹和色斑缺陷,如试样4。
高温退火一次均热阶段主要目的是去除Mg O中的结晶水,防止钢带的氧化,为形成完善的硅酸镁底层奠定基础。
3.2 二次升温速率对底层质量的影响
在一次均热温度为530℃,一次均热时间为35 h,气氛条件为75%H2+25%N2,二次均热温度为1180℃(气氛条件为100%H2)条件下保温30 h后,按不同二次升温速率进行试验,然后对形成的底层进行检测,结果见表3和图2。
从表3中可看出,3个试样底层外观表面质量整体比较均匀一致,但是随着二次升温速率的提高,试样1、试样2和试样3硫酸铜点滴翻红时间依次缩短,绝缘电阻减小,附着性逐渐变差。从图2中也可看出,试样1、试样2和试样3所形成底层的致密性也逐渐变差。
二次升温过程是一次均热阶段的持续,相对较低的升温速率有利于钢卷温度和气氛的均匀,并且在二次升温过程中950~1000℃之间,由于涂敷在钢带表面的Mg O和硅钢表面生成的Si O2开始发生固相化学反应,不同的温度下反应物质点能量状态不同,扩散能力和反应活性也不同[5],另外在相对稳定的温度下,有利于扩大参与固相反应物颗粒之间的接触面积,增加反应界面和扩散界面,提高反应速率[6],这样形成的硅酸镁底层更加平坦、致密。
3.3 气氛条件对底层质量的影响
在一次均热温度为530℃,一次均热时间为35 h,二次升温速率为17℃/h,二次均热温度为1180℃(气氛条件为100%H2)条件下保温30 h,并在一次均热和二次升温阶段采用不同的气氛条件进行试验,然后对形成的底层进行检测,其结果见表4。从表4中可看出,试样3底层外观质量最好,而试样1、试样2和试样3绝缘电阻和附着性基本一致,试样2和试样3的硫酸铜点滴时间和试样1相比相对较长,说明试样2和试样3形成的底层相对比较致密。
一次均热阶段,主要是排出钢带表面Mg O化合水阶段,由于氢气的黏度比氮气小,氢气的流动性大于氮气,更易于把水蒸气带出炉外。因此,在相同一次均热温度和时间内,对于不同气氛条件,罩式炉排出的水也有差别。
二次升温阶段硅酸镁底层形成过程中,主要发生下列化学反应:
由式(1)、(2)可知,Mg O与Si O4反应生成Mg2Si O4,而Mg O与Si O2中的Fe O·Si O2反应生成Mg2Si O4和H2O,也就是说,硅酸镁底层生成后,同时也会产生少量的水。因此为了促进上述反应的完成,应加大氢气的分压,减小水蒸气的分压,即相应提高气氛中氢气的比例,对生成硅酸镁底层是有利的。
4 结论
研究了高温退火过程中一次均热温度和时间、二次升温速率及不同气氛条件对取向硅钢底层质量的影响,得出以下主要结论:
(1)一次均热阶段,较低的均热温度(530~630℃),较长的均热时间(30 h及以上)更有利于钢带表面涂敷Mg O化合水的排出,避免在二次升温过程中,由于温度的进一步提高,造成炉内气氛不均匀,使钢带表面氧化,导致底层产生色差;
(2)二次升温阶段,相对较低的升温速率(12℃/h)使整个钢卷的气氛和温度更趋近一致,促进Mg O与钢带表层氧化物的反应,使生成的硅酸镁底层相对更加均匀、致密;
(3)在一次均热和二次升温阶段,氢气比例较高的气氛条件(75%H2+25%N2),更能促进水蒸气的排出及硅酸镁底层的形成。
参考文献
[1]樊立峰,凌晨,付兵,等.低温普通取向硅钢高温退火过程中高斯晶粒的演变[J].西安交通大学学报,2013,47(11):81-86.
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[3]GB/T 2522—2007,电工钢片(带)表面绝缘电阻、涂层附着性测试方法[S].北京:中国标准出版社,2007.
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[5]杨久俊.无机材料科学[M].郑州:郑州大学出版社,2009:326.
不锈钢APH机组的退火工艺研究 篇4
在不锈钢的生产过程中, 为了加工的需要和获得一定的材料性能, 其热轧卷原料需要热处理, 冷轧过程中需要中间热处理, 最终成品还需要热处理, 因此, 热处理是不锈钢生产过程中的重要环节。不锈钢的种类很多, 各种钢的合金成分不同, 热处理的目的、方法和要求都有所不同, 都需要独特而完整的工艺流程。本文就不锈钢不同的退火工艺对比, 重点对热轧不锈钢退火酸洗机组中连续炉的退火工艺及工艺流程进行介绍。
1 不锈钢退火工艺对比研究
所谓退火, 是指不锈钢材在出厂前进行的热处理过程, 其目的, 是为了使不锈钢材获得特定的使用性能, 或者是为了给用户进行不锈钢的冷、热加工创造必要条件。一般金属的热处理可分为退火、正火、淬火、回火等不同方式, 而对不锈钢的热处理, 其各种热处理方式在习惯上一般统称为退火[1]。
不同类型的不锈钢, 热轧和冷轧后的组织结构和材料属性是不同的, 因此退火的目的和所使用的退火设备、方式也是不同的。
1.1 不锈钢板带的退火目的
经热轧后的不锈钢硬度一般都较高, 并且会有碳化物析出, 退火的目的主要是控制材料硬度, 以及处理碳化物的固溶和分散。各类不锈钢的退火目的 (见表1) 。
马氏体钢在高温下为奥氏体, 热轧后在冷却过程中发生马氏体相变, 常温下得到高硬度的马氏体。马氏体钢退火的目的, 是将这种马氏体分解为铁素体基体上均匀分布着球状碳化物, 以使钢材变软。
1.2 不锈钢板带的退火方式
退火炉型的选择和应用, 主要根据产品种类和钢种特性决定, 不同不锈钢退火炉型的选择 (见表2) 。
热轧后的铁素体钢几乎总有一些马氏体, 因此往往也会选用BAF炉退火。但对于单相铁素体钢, 因热轧后不存在马氏体, 采用AP (H) 炉退火工艺更合理。
热轧后的奥氏体钢需通过退火使碳化物固溶和快速冷却并防止再析出碳化物, 所以只能用加温时间短、冷却迅速的AP (H) 炉。
1.3 不锈钢板带的卧式连续炉退火AP (H)
卧式连续炉是目前广为使用的退火设备。卧式退火炉的结构由预热段、加热段和冷却段构成。卧式退火炉通常与开卷机、焊机、喷丸机、酸洗、卷取机等设备共同组合成一套连续性生产作业机组。用于热轧卷退火和酸洗的机组称为AP (H) 机组。
在生产过程中, 带钢的运行速度, 是影响生产能力和保证退火、酸洗质量的关键条件。当退火与酸洗发生不同效应时, 应该调整酸洗工艺, 而不应简化退火工艺, 或者降低运行速度。
机组运行速度与带材厚度成反比。当板厚增加时, 运行速度需减少, 以保持瞬间通过带材恒定, 这是调整板厚与速度的重要依据。板厚与该板厚时机组允许的最高工艺速度的乘积称为TV值, 机组的最大TV值由退火炉性能决定, 因此, 一般用最大TV值来衡量一个炉子的退火能力[3]。
1.4 带材的冷却方式
带材的冷却方式包括喷水冷却、层流冷却、喷射冷却、浸入冷却、喷雾冷却和强制风冷。究竟采取哪一种冷却方式要根据钢种和设备情况来确定。
1.5 设定适当的炉内张力
在退火机组中, 张力控制和纠偏控制是非常重要的。通常以单位张力 (daN/mm2) 表示。卧式炉和立式炉的炉内张力都大致按0.4-0.45daN/mm2设计。
2 不锈钢退火工艺的实际应用
根据上面分析的内容, 下面以我们对某厂设计的不锈钢连续退火酸洗机组的退火炉设计介绍如下:
2.1 结构形式:水平多段悬索式退火炉
2.1.1 燃烧系统
为了实现环保和满足用户低NOx的要求, 烧嘴采用超低NOx高速型。高速型烧嘴的使用及烧嘴的优化布置能确保带材加热均匀和烟囱废气中的NOx排放量≤100PPm。
2.1.2 冷却系统
1) 对于≤4mm的带钢, 在水冷区前配有空气冷却区。
2) 对于≥4mm以上带钢, 仅使用水冷。
2.2 主要设备组成 (见表3) :
2.4入口冷却及加热段
2.4.1入口冷却段
作用:使从炉内倒出的断带冷却下来, 避免由于带钢温度过高而损坏张力辊表面。
2.4.2辐射预热段
作用:利用加热段产生的烟气余热对钢带进行加热。
说明:此段没有烧嘴。加热介质是烟气余热。在辐射预热段出口, 带钢温度将达到250℃。
2.4.3加热段 (三个燃烧室)
作用:加热带钢至最终退火温度。加热系统原理图如下 (见图1)
说明:最终加热是在3个相连成一体的燃烧室完成。所有燃烧室均配有烧嘴, 烧嘴上下交错布置在炉子两侧。1、2室分为2区, 3室分为3区, 每区可以独立控制。燃烧室的最高工作温度为1250℃, 安全切断温度为1300℃, 燃烧条件 (含氧量) 为3～6%。
带钢支撑装置 (圆盘换辊器) 数量:4个
功能:加热段带钢支撑辊的功能是确保带钢运行时, 在不损坏带钢表面的情况下减少垂曲。圆盘换辊器辊速与工艺线速度同步。
2.5 冷却段、烘干段
2.5.1 冷却段
作用:按所要求的速率, 专门用来提供连续带钢冷却, 以避免在带钢生产过程中碳化物的析出。使带钢出口温度降至80℃以下。
2.6 挤干辊+烘干机
作用:去除及烘干带钢表面水份。
说明:带钢经挤干辊后, 再经1对压缩空气喷吹装置, 此装置可以将带钢表面的大量水份吹走, 以保证烘干机的烘干效果。
2.7 纠偏装置
功能说明:挤干辊带有纠偏功能, 防止炉内带钢跑偏, 其纠偏值为±100mm。
3 结语
不锈钢退火工艺的选择, 决定着其整个机组的设备配置, 并直接影响着产品的质量和产量。根据产品的规格来确定退火炉的TV值和炉段的长度。由产品钢种的冷却曲线, 对产品的冷却方式和冷却介质进行选取, 尽可能减少在退火过程中引起产品质量的下降。经过对多条机组的分析、比较和研究, 提供一条先进成熟、经济可靠的生产工艺和合理的设备配置
摘要：热轧不锈钢退火酸洗机组, 具有退火和酸洗两大功能段。机组原料为来自热轧的不锈钢卷, 产品为用于生产冷轧不锈钢的原料。退火目的是为了使不锈钢材获得特定的使用性能。
关键词：连续退火酸洗机组,退火工艺,TV值
参考文献
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[2]干勇.先进钢铁材料技术的进展[J].中国冶金, 2004 (8) .
退火工艺 篇5
关键词：连续退火兼水淬,再结晶回复,粉末法电触点
1概述
1.1粉末法生产铜基低压电触点的商业化发展
传统的电触点大多数是由含量80%以上的银合金制成,每年要消耗大量的白银生产电触点,我国1998年国家机械行业标准:JB/T8730-1998《CJT1系列交流接触器》颁布,该标准规定了主电路采用铜基无银电触头的CJT1系列交流接触器。从此铜基低压触点正式进入国内低压电器和家用电器产品行业。促进了粉末法铜基低压电触头的商业化发展,同时带动和促进铜基低压电触点工艺装备的完善提高,其中,铜基电触点片状带材和园盘线材的退火再结晶回复工序操作复杂、效率较低,有比较大的改进空间。
1.2粉末法铜基电接触材料和铜基电线电缆材料的主要成分及组织结构特性
1.2.1铜基电缆电线的成分特点及应用
铜基电缆电线是含量99.9%的无氧铜,组织结构均匀,韧性和塑性好,电阻率低。广泛应用在电力电缆、塑料铜芯线、变压器绕组、电器线圈。铜基电缆电线在加工过程中产生的压力加工形变应力较少,容易实现连续加工。
1.2.2粉末法铜基电接触材料的主要成分及组织结构特性
粉末法铜基电接触材料的主要成分:铜含量96-99%;组织结构:Cu-Al二元合金相、Al2O3-Cu弥散氧化铝合金相、颗粒增强与铜基体复合界面等;加工过程中会产生二次压力加工形变应力,需要退火再结晶回复。
1.3粉末法铜基电接触材料的片带材和园盘线的机械性能要求及电气性能要求
1.3.1粉末法铜基电接触材料的片带材和园盘线的机械性能要求
粉末法铜基电接触材料片状带材冷态轧制后园盘线材冷态拉拔后硬度高、应力大;都需要合理工艺再结晶回复,恢复到压力形变前的韧性和塑性。
1.3.2粉末法铜基电接触材料的片状触点和铆钉触点的电气性能要求
a.满足相应电器的额定电流的接通电流、负载电流、分断电流的技术要求。
b.片状触点与铜触桥焊接牢固。铆钉触点与铜触桥铆接牢固。
1.4解决粉末法铜基电接触材料片带材及圆盘线的综合性能要求的关键措施
采用矩形或圆形加热管对轧制、拉拔后硬化的粉末法铜基电接触材料片状带材或圆盘线连续加热,紧接水淬火处理,使铜合金再结晶回复,恢复轧制前的韧性和塑性。同时严格控制材料加热温度和片材移动速度,使材料达到合适的韧性和硬度,确保铜合金片材冷态冲压片状触点的外形质量及冷墩压复合铆钉触点的外形质量合格。
2参照圆盘线生产中连续退火(软化)装置分析比较
2.1常见的有三种类型圆盘线生产中连续退火(软化)装置(附图1)
a.电热丝加热管炉连续退火装置。铜导线进入直径20毫米不锈钢管内,钢管外绕电热丝,加热到钢管600℃,铜导线通过钢管加热退火。(图1左1.铜导线2.导轮3.加热管4.电热丝5.退火后铜软线6.导轮7.冷却水)[1]
b.电极短路电流线材加热连续退火装置。电极接触式线材大电流退火,原理是两个紫铜接触轮之间利用电刷或水银施加大电流,使导线加热退火。(图1中1.铜导线2.钢导轮3.电极电刷4.退火后铜软线5.钢导轮6.冷却水)[1]
c.感应电流加热线材连续加热退火装置。原理是利用感应电流使导线加热退火。(图1右1.铜导线2.导轮3.感应电源4.感应线圈5.退火后铜软线6.导轮7.冷却水)[1]
2.2三种类型连续退火(软化)装置如何适应生产的效能分析比较
a.电极短路电流装置,是直接将铜导线通过电流加热到550℃。而铜合金片带材或圆盘线是Cu-Al雾化合金粉基体,如果材料直接通大电流高温退火,此时材料Cu-Al二元合金相在电子迁移情况下,加速形成Cu-Al金属化合物中间相,该Cu-Al中间相是脆性大、电阻高的弥散微粒,严重影响铜合金材料的韧性、塑性、电阻及电气性能。所以电极短路电流连续加热装置,不适合粉末法铜合金材料。
b.感应电流加热装置,是通过感应电流直接将铜导线加热到550℃。铜导线退火装置一般采用三段加热方式:预热段温度180-200℃,(铜材在空气中短时加热不氧化温度)———退火段温度550℃———水淬火段———干燥段温度50℃[2]。实际三段加热方式的温区长度及温度控制变化大,采用感应电流加热设计技术及费用都比较高。所以感应电流连续加热装置,也不适合铜合金材料。
c.电热丝加热管装置,是不锈钢管外套耐高温陶瓷管,陶瓷管绕电热丝,实现三段加热方式及控温方式工艺成熟。而且让粉末法铜合金材料穿过不锈钢腔的保护气体中加热,有效防止氧化,容易操作。所以经过对比电热丝加热管连续加热装置,适合粉末法铜合金材料。
2.3粉末法铜合金材料的片状带材及园盘线连续退火装置设计
a.采用三段加热方式和控温方式:预热段温度300-400℃———退火段温度650℃———冷却水淬火段———干燥段温度50℃。采用电热丝加热管装置,不锈钢管外套耐高温陶瓷管,陶瓷管外绕电热丝。铜合金材穿过不锈钢管加热,不锈钢管中段开孔连接氮气接口,氮气向不锈钢管两端口扩散保护防止铜材氧化;
b.预热段和退火段的电热丝应有足够可调节电热功率。保证厚度0.50-3.0毫米,宽度30-80毫米铜合金片带材及保证Φ7.5-1.00毫米铜合金圆盘线,在管炉中通过控制移动速度保持规定温度,使不同截面积的铜合金材完成预热段和退火段进入冷却水淬段,同时保证完成再结晶回复;
2.4电热丝加热管连续退火加冷却水淬火处理装置模式
粉末法铜合金材料的片状带材矩形加热管连续退火加水淬火处理装置(附图2)。
2.5电热丝连续加热加水淬火处理装置的应用效果
经过实际生产检验,连续退火加水淬火装置可以有效提高铜合金片带材和园盘线批量生产的产量、质量、效率等。同时基本满足:a.铜合金片状带材冷态轧制和园盘线冷态拉拔形变加工要求;b.铜合金片状带材冷冲压加工片状触点和圆盘线冷镦压复合铆钉触点的工艺要求。
3采用此工艺生产的片状触点和复合铆钉触点的电气性能应用试验
3.1片状触点在DZ47-63小型断路器上的应用试验
试验采用国家标准《家用及类似场所用断路器》,GB 10963·1-2005。断路器额定电压:220V/380V,断路器额定电流:63A,断路器额定短路(通断)能力4500A,试验用电触头尺寸:3.8mm X3.8mm X0.85mm。
试验结果断路器额定短路(通断)能力达到4600A。符合额定短路(通断)能力。
3.2复合铆钉触点在10A家用墙壁开关上的应用试验
试验采用国家标准《家用和类似用途固定式电气装置的开关》,GB 16915·1-2008。试验电压:250V,试验电流:10A,功率因素:0.60±0.05,电阻负载,操作频率:15周期/分钟,接通1秒,断开3秒。完成20000周期,即接通和断开次数40000次,触点无故障。试验用复合铆钉触点尺寸:覫3X1+覫1.4X1.4。工作层厚度0.40毫米。温升小于45℃。
试验结果10A电寿命高于标准规定的20000周期,电寿命20000周期后触点温升34℃。
参考文献
[1]司怀春,崔占忠.铜导线连续退火过程冷却规律的研究[J].北京理工大学机电工程学院[J].电缆电线,2003,5.
退火工艺 篇6
IF钢优异的深冲性能是由于基体内不含C、N等间隙原子, 同时有大量的{111}织构存在。IF钢的性能特点与析出物密切相关, 大量研究表明[1], 粗大稀疏的第二相粒子是保证IF钢{111}织构充分发展、获得优异成形性能的重要条件。深入了解IF钢在热轧和退火工艺过程中的析出行为, 是IF钢物理冶金的重要组成部分, 并能更好的掌握提高IF钢深冲性能的规律, 使IF钢的生产与应用向深度与广度发展。
2 试验过程及结果
试验材料选择济钢ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下批量生产的Ti-IF钢, 定量研究其热轧态和退火态的析出相。试样具体熔炼成分如表1所示, 主要生产工艺参数为:热轧终轧目标温度900℃, 热轧卷取目标温度720℃, 罩式退火温度720℃/740℃ (冷点/热点) 。
析出物的定量分析应用碳膜萃取复型技术制备样品, 采用化学相分析的方法提取第二相, 借助X射线衍射分析方法鉴定各析出相的类型, 在透射电镜下分析析出物数量、形态、大小及分布, 并进行能谱分析。表2为X射线衍射分析方法鉴定出的各析出相的类型。通过对相中各元素的测定, 计算出各相的量及各元素占合金的质量分数, 结果如表3所示。
3 试验结果讨论
从表2、表3中可以看出, 在ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下, 热轧后钢中存在的二相粒子包括Ti N、Ti2CS、Fe Ti P和极少量的Al N, 没有发现Ti C粒子, 但发现了少量的Fe Ti P粒子。退火后, 钢中存在Ti N、Ti (C, N) 、Ti2CS、Fe Ti P和极少量的Al N。其中热轧工序与退火工序所生成的Ti N、Ti2CS和Al N二相粒子总量相当, 说明这三种粒子在热轧工序已经完全析出, 经冷轧、退火后总量未发生变化, 热轧工序是控制上述三种粒子分布、形貌及含量的关键。退火工序后Fe Ti P粒子大量析出, 并析出一定量的Ti C粒子。
由图1可知, Ti-IF钢析出物稳定性顺序为Ti N、Ti S、Ti2CS, 钢中析出物的析出顺序为Ti N-Ti S-Ti2CS-Ti C。Ti、N原子具有强的结合能力, 在高温时开始形成Ti N, 冷却过程中继续析出, 在热轧工序Ti N粒子已经全部析出。高温时Ti S作为主要的硫化物析出, 而在低温时, Ti2CS的稳定性比Ti S强, Ti S附近的C被吸收转为为Ti2CS, Ti2CS的析出占主导地位, 当Mn含量高于临界值时会同S结合生成Mn S, Ti C在铁素体中析出, 热轧工序高温卷取可促进Ti C在析出和长大[2]。
试验钢种热轧和退火工序均未发现Mn S二相粒子, 说明钢中Mn含量控制在临界值以下。在热轧工序未发现Ti C粒子, 原因可能是C含量较低, 热轧过程中高温析出的Ti S在低温时优先与固溶C结合生成Ti2CS后, 剩余C原子与Ti结合的动力学条件不足, 不能使Ti C粒子的析出;罩式退火工艺较长的保温时间和较高的保温温度, 为Ti C缓慢析出提供条件, 使Ti C粒子析出, 该粒子以Ti N为形核中心, 形成Ti (C, N) 。
需要特别关注的是, 在热轧工序发现了Fe Ti P粒子, 其图像和能谱如图2所示, Fe Ti P粒子成球状或椭球状, 粒子尺寸在50-70nm。Fe Ti P在基体中起强化作用, 并阻碍有利织构的形成, 其存在对成型板来说是有害的。相关报道认为, 对于Ti-IF钢, Fe Ti P、 (Ti, Mn) S粒子在热轧板中都不存在, 经罩式退火后均析出这两相, 而连续退火处理却不析出这2种析出物[3]。
分析热轧工序出现Fe Ti P二相粒子的原因。从表3各元素的量化值可以看出, 热轧后用去了0.02%的Ti, 退火后用了0.035%的Ti, 形成了Ti的化合物, 退火比热轧多用了0.015%的Ti;钢中总Ti含量是0.062%, 经过热轧、退火工序后, 基体中还剩下0.027%的自由Ti。热轧后形成的二相粒子用去了0.001%的P, 退火后形成的二相粒子用了0.007%的P, 退火比热轧多用了0.006%的P, 钢中总P含量是0.013%, 基体中还剩下0.006%的自由P。Ti和P的过剩是造成热轧工序Fe Ti P粒子析出的原因。Ti-IF钢经罩式退火工艺析出更多的Fe Ti P相, 主要是由于罩式退火工艺具有较长保温时间, 有利于新相的缓慢析出。此外过剩的Ti和P原子对新生晶界的拖曳作用, 使组织中的最终晶粒尺寸变小, 这也是导致钢板强度高的原因之一。
4 结论
(1) ASP中薄板坯连轧连轧和罩式退火工艺下, Ti-IF钢中Mn含量控制在较低水平, 可有效防止Mn S二相粒子析出;C含量较低的情况下, 热轧工序不析出Ti C二相粒子, 在后续罩式退火过程中Ti C粒子Ti N为形核中心, 形成Ti (C, N)
(2) P含量偏高, 将使Fe Ti P二相粒子在热轧工序析出, 该粒子在基体中起强化作用, 并阻碍有利织构的形成, 其存在对成型板来有害。生产过程中为提高Ti-IF钢成形性能, 在实际生产过程中, 应强化炼钢过程操作, 使P含量尽量按下限控制, 并使过剩Ti控制在较低水平。
摘要：对ASP中薄板坯连铸连轧和罩式退火工艺下生产的Ti-IF钢, 定量研究其热状态和退火态的析出相。在热轧工序未发现Ti C二相粒子析出, 而发现少量Fe Ti P二相粒子析出, Fe Ti P在基体中起强化作用, 并阻碍有利织构的形成, 其存在对Ti-IF钢的成型性能有害。
关键词：ASP中薄板坯连铸连轧,罩式退火,析出相
参考文献
[1]商建辉, 王先进, 蒋冬梅等.卷取温度对Ti-IF钢第二相粒子及晶粒尺寸的影响[J].钢铁, 2002, 37 (05) :43-47.
[2]景财年, 王作成, 韩福涛.IF钢的析出物[J].材料导报, 2005, 19 (05) :50-52.
退火工艺 篇7
关键词：不锈钢退火酸洗线,NOx废气,SCR,GJ-HC型,低能耗
1引言
根据《2014中国环境状况公报》中统计的数据, 2014年全国氮氧化物排放总量约为2078.0×104t, 其中工业源为1404.8×104t[1], 贡献率达到了约68%。根据中国特钢企业协会不锈钢分会统计, 2006年起, 近十年来中国不锈钢粗钢产量及钢材产量已稳居世界第一;2014年不锈钢粗钢产量2169.2×104t, 同比增加270.8× 104t, 增长14.27%[2]。在不锈钢退火酸洗生产线的工艺设计上, 通常采用混酸 (氢氟酸和硝酸) 酸洗工艺, 具有酸洗速度快、酸洗效果好的优点, 而在酸洗过程中会产生大量高浓度的NOx废气, 由于该废气中NO2的含量较高, 一般表现为烟囱冒黄烟现象, 并对大气环境造成严重危害。随着不锈钢生产线的增长, 势必带来更多的NOx废气排放, 为保护大气环境、降低雾霾天气出现的频次, 必须寻找一种适宜的且责任主体企业可以接受的方法对NOx废气进行无害化处理。
2 SCR法处理NOx废气机理
目前, 国内外学者对工业排放NOx废气进行了几十年的理论研究及工程化技术应用, 归结来说常规烟气脱硝的技术大致可分为湿法和干法两类。湿法分别有采用水、酸、碱液吸收法, 氧化吸收法和吸收还原法等;干法有选择性非催化还原法 (selective non- catalytic reduction, SNCR) 、 选择性催化还原法 (selective catalytic reduction, SCR) 、 非选择性催化还原法 (non- selective catalytic reduction, NSCR) 、分子筛、活性炭吸附法、等离子法及联合脱硫脱硝法等[3,4,5]。由于湿法脱硝的效率相对较低 (介于30% ~70%) 、容易造成二次污染 (从气体污染转向水体污染) 、新环保标准越来越苛刻等多方面的原因, 造成了湿法脱硝工程化应用越来越少, 仅限于低浓度NOx的废气处理。工程上运用最多的烟气脱硝技术是干法中的SCR法及SNCR法[6,7,8]。SNCR法一般应用于850℃~1100℃的烟气直接脱硝, 受温度条件限制应用领域相对较窄。
SCR法是指在合适催化剂的作用下, 以NH3、CO或碳氧化合物等作为还原剂, “有选择性”地与废气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。其中NH3- SCR技术较为成熟可靠, 目前已在全球范围, 尤其是发达国家中得到广泛应用[9]。以NH3为例, 主要化学反应方程式如下:
通过选择合适的催化剂, 同时喷入还原剂NH3 (尿素、氨水、 氨气均可) , 上述反应可以在120℃~600℃的温度范围内进行。在反应过程中, NH3可以选择性地和NOx反应生成N2和H2O, 因此反应又被称为“选择性”[10]。
国内外常规不锈钢退火酸洗生产线酸洗工艺设计参数如下: 混酸酸洗段的酸液由100g/L~200g/L的硝酸 (HNO3) 和30g/L~ 60g/L的氢氟酸 (HF) 组成, 酸洗温度为40℃~65℃。所产生的酸性废气主要由硝酸和金属反应产生的氮氧化物, 一定量的HNO3和HF及其硝酸盐分混合的水蒸气和空气等不凝气组成。其废气中NOx浓度约在1000mg/m3~10000mg/m3, HF含量大约在100mg/m3~200mg/m3。对于其中的硝酸和氢氟酸主要是通过喷淋的方式进行吸收, 而对于其中的氮氧化物则主要通过SCR法进行去除[3]。
3 SCR法处理NOx废气工艺
对于SCR法处理不锈钢退火酸洗NOx废气工艺而言, 其核心为脱硝催化剂的选取和SCR反应装置的设计。2009年之前不锈钢退火酸洗NOx废气SCR法处理技术一直被欧洲国家垄断, 近年来国内已有公司成功开发出了酸洗NOx废气SCR处理设备及脱硝催化剂, 并已经成功应用于宝钢、太钢等国内大型不锈钢厂。
3.1脱硝催化剂的选取
借鉴于燃煤电厂的脱硝经验, 目前国内不锈钢退火酸洗线大多选用V2O5/Ti O2系催化剂进行NOx废气的SCR处理。但与燃煤电厂NOx废气的性质相比较而言, 不锈钢退火酸洗线废气具有温度及粉尘含量相对较低、NO/NO2比例较高、NOx浓度非常高的特点。因此本研究以某环保公司自主研发的GJ- HC型低温催化剂作为SCR装置的反应触媒, 该款脱硝催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体、稀土元素为活性成分, 利用纳米组装和灌注的方法将金属盐注入介孔分子筛的孔道中制备了一种在低温状态下具有高效脱硝性能的复合型催化剂[11]。从表1可知, 与V2O5/Ti O2系催化剂相比, GJ- HC型催化剂的最佳反应温度降低了120℃, 反应后烟囱排气平均温度也降低了70℃, 从而一方面可以节省加热废气至催化反应温度所需的能源 (天然气或电加热) , 另一方面低温反应也在一定程度上降低了整套设备的维护保养频次和延长了其使用寿命。
3.2 SCR工艺流程设计
按照某不锈钢厂棒材混酸酸洗线提供的设计资料, 废气中氮氧化物浓度约为1000mg/m3~5000mg/m3, 标态风量约为20000Nm3/h, 通过理论计算低能耗SCR反应系统设计参数如下: 空速为5000h-1、催化反应温度为260℃, GJ- HC型催化剂用量为4.0m3, 烟囱出口NOx浓度低于150mg/m3, 即《轧钢工业大气污染物排放标准》GB28665- 2012中要求[13]。整套SCR反应系统以GJ- HC型催化剂为反应触媒, 以氨水作为还原剂, 工艺流程图如图1所示, 主体设备主要包括: (1) 填料洗涤塔, 用于去除大部分的HF和少部分的HNO3; (2) 前置预热器, 用于对废气进行预热, 防止低温废气在气气换热器内结露; (3) 气气换热器, 用于进出烟气的换热, 一方面升高进气温度, 另一方面降低排气温度; (4) 燃烧预热器, 将进气温度加热到反应温度; (5) 还原剂混合器, 将喷入的氨气与废气进行充分混合; (6) SCR反应器, 内置GJ- HC型催化剂, 混合废气进行选择性催化还原反应的场所。从工艺设计及场地布局来分析, 整体SCR反应系统具有反应温度低、占地面积小、节能环保效果显著等优势。
3.3节能效益理论计算分析
与V2O5/Ti O2系催化剂相比较, GJ- HC型催化剂在满足出口烟气NOx浓度达标的前提下, 节能优势非常明显。V2O5/Ti O2系催化剂SCR反应系统烟气出口温度为190℃, GJ- HC型催化剂SCR反应系统烟气出口温度为120℃。以某不锈钢厂棒材混酸酸洗线NOx废气烟气量20000Nm3/h为例, 可作如下计算:
Q:进入系统的风量, 为20000Nm3/h ;W:气体升温所需要的热量, kcal/h;ρ:标况下空气密度, 1.293 kg/m3;C:标况下空气的比热值, 0.24 kcal/kg;天然气的热值q为8600 kcal/Nm3。
按照以天然气为能源进行计算, 则每小时节约的天然气量为:
以天然气价格为3.50元/Nm3, 则每小时节约的费用为176.82元; 一年按照7000小时生产来计算, 则每年节约的费用为123.78万元。
3.4环境效益分析
在《国家危险废物名录》 (2008版) 中明确指出[14], 催化剂 (钒钛系) 属于危险废弃物, 在名录中位于412号, 会对环境造成二次污染;与钒钛系 (V2O5/Ti O2) 催化剂相比, GJ- HC型催化剂的活性成分为稀土元素, 不含有《国家危险废物名录》中的成分, 因此, GJ- HC型催化剂不属于危险废弃物, 从源头上控制了危险废弃物的产生, 有利于保护生态环境。
4结语
4.1不锈钢退火酸洗过程中产生大量的NOx废气, 选用合适的催化剂应用于SCR法进行处理可显著降低废气中NOx的浓度, 减轻其对环境的危害, 降低雾霾天气出现的频次。
4.2低能耗SCR法选用GJ- HC型催化剂作为反应触媒, 催化反应温度为260℃, 反应温度低、占地面积小、节能环保效果显著等优势, 且满足烟囱出口NOx浓度均低于150mg/m3的国家标准排放要求。