一种防脱碳的钢材贯通式热处理系统及热处理方法与流程

本发明涉及步进炉技术领域，具体是一种防脱碳的钢材贯通式热处理系统及热处理方法。

背景技术：

随着工业技术的高速发展，对机械管件产品的质量要求和成本控制越来越高，目前钢材热处理行业广泛采用带保护气氛的辊底式热处理炉，使钢材达到无氧化热处理的目的。

目前国内钢材在无氧化热处理过程中，主要采用氨分解（氮氢）保护气氛，能够有效减少钢材表面的氧化烧损，实现钢材的无氧化退火、再结晶退火、球化退火、回火、正火等热处理工艺。

采用氨分解保护气氛，产生的保护气氛主要成分为n2和h2。虽然保护气氛能够有效防止钢材在热处理过程中，高温状态下的氧化反应，使出炉钢材表面无氧化层。但是在高温状态下h2与钢材中的渗碳体fe3c,发生脱碳反应。反应式如下：。

最终造成钢材表面的脱碳，根据钢材外径和壁厚的不同以及热处理工艺时间和温度的不同，通常脱碳层深度在0.005—0.015mm甚至更高。脱碳层的存在对钢材的耐磨性、疲劳极限和抗拉强度造成很大的影响。

为保证后续管加工件的性能指标及规格精度，并考虑到连续成产降低成本的目的，一般采用增加管件外径和壁厚的方法，为后续加工留有加工余量，通过对管件表面进行车削加工去除脱碳层后再进行精加工。

但是采用后续加工去除脱碳层的方法，不仅增加了原材料需求量和降低最终成材率，而且增加了车加工的工序，在管加工行业占用了一定的成本支出。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决钢材进行无氧化热处理过程中脱碳的问题，提供一种防脱碳的钢材贯通式热处理系统及热处理方法。

本发明的具体方案是：一种防脱碳的钢材贯通式热处理系统，包括输送装置和贯通式热处理炉，输送装置穿过贯通式热处理炉，还包括保护气发生装置，保护气发生装置的输出端设有若干根连接管，所述贯通式热处理炉上沿全长设有若干个进气孔，每个进气孔接入一根连接管，贯通式热处理炉内设有气体成分分析仪，气体成分分析仪用于分析通入贯通式处理炉内的保护气中co及co2的组分，所述保护气发生装置包括有控制器，控制器与所述气体成分分析仪信号连接以接收保护气中co及co2的组分数据，控制器经内部计算程序判断炉内保护气碳势cp与钢材碳势cs是否平衡，若不平衡则自动反馈调节保护气发生装置的输出保护气组分以使cp与cs平衡。

本发明所述保护气发生装置设有至少两个原料气输入端，每个原料气输入端装有一个流量控制阀，所有流量控制阀均与所述控制器信号连接，控制器通过控制各原料气的混合比例来改变输出保护气中co与co2的体积分数。

本发明还提供一种采用上述防脱碳的钢材贯通式热处理系统的热处理方法，包括以下步骤：

1）确定待热处理钢材在其热处理温度下的碳势cs；

2）计算保护气的理论碳势cp，cp按以下公式计算：

cp—保护气碳势

t—炉内温度

p—炉内总压力

r—合金因素影响系数

k—常数；

3）计算平衡常数kp，kp按以下公式计算：

kp—平衡常数

k—平衡系数

t—炉内温度；

4）计算理论工艺因数pf，pf按以下公式计算：

5）通过气体分析仪实时检测炉内保护气中co及co2的体积分数，并计算实际工艺因数pf’，pf’按以下公式计算：

6）比对pf’与pf，若pf’与pf不相等则控制器使保护气发生装置调节输出的保护气组分以使pf’与pf相等，从而达到保护气碳势cp与钢材碳势cs平衡的目的。

进一步地，步骤3）中k按以下公式计算：，从而得出

本发明工作原理如下：钢材通过输送装置缓慢向前输送，经过贯通式热处理炉的过程中，保护气发生装置在贯通式热处理炉内沿全长范围向炉内输入正压的保护气，保护气的组成成分为：15~25%的co、30~60%的h2、0.5%的co2、其余为n2；通过控制器控制co及co2的含量比例来改变保护气的碳势，使保护气的碳势cp与钢材碳势cs达到平衡，这样就能避免钢材表面既不会脱碳也不会渗碳，不改变钢材原有的性能。

本发明相比现有技术具有以下优点：1、钢材经过热处理后无新增脱碳层，保证了钢材的耐磨性、疲劳极限和抗拉强度等性能指标的均匀性；2、热处理前的原料钢材不用预留车加工余量，即节省了原材料又不存在车加工损耗，最终提高的产品的成材率；3、无新增脱碳层，所以无需通过后需工序的车加工来达到去除脱碳层的目的，减少了后道加工工序，节省了加工时间，提高加工效率。

附图说明

图1是本发明的立体视图；

图2是本发明的主视图；

图3是图2的a-a视图；

图中：1-贯通式热处理炉，2-输送装置，3-控制器，4-气体成分分析仪，5-连接管，6-保护气发生装置，7-流量控制阀。

具体实施方式

参见图1-3，本实施例一种防脱碳的钢材贯通式热处理系统，包括输送装置2和贯通式热处理炉1，输送装置2穿过贯通式热处理炉1，还包括保护气发生装置6，保护气发生装置6的输出端设有若干根连接管5，所述贯通式热处理炉1上沿全长设有若干个进气孔，每个进气孔接入一根连接管5，贯通式热处理炉1内设有气体成分分析仪4，气体成分分析仪4用于分析通入贯通式处理炉1内的保护气中co及co2的组分，所述保护气发生装置6包括有控制器3，控制器3与所述气体成分分析仪4信号连接以接收保护气中co及co2的组分数据，控制器3经内部计算程序判断炉内保护气碳势cp与钢材碳势cs是否平衡，若不平衡则自动反馈调节保护气发生装置的输出保护气组分以使cp与cs平衡。

本实施例所述保护气发生装置6设有两个原料气输入端，每个原料气输入端装有一个流量控制阀7，所有流量控制阀7均与所述控制器3信号连接，控制器3通过控制各原料气的混合比例来改变输出保护气中co与co2的体积分数。

本实施例还提供一种采用上述防脱碳的钢材贯通式热处理系统对轴承钢进行热处理的方法，包括以下步骤：

1）轴承钢的热处理温度为795℃，查表得到轴承钢在此温度下的碳势cs=0.845；

2）计算保护气的理论碳势cp，cp按以下公式计算：

cp—保护气碳势

t—炉内温度

p—炉内总压力

r—合金因素影响系数

k—常数；根据计算得出cp=0.29

3）计算平衡常数kp，kp按以下公式计算：

kp—平衡常数

k—平衡系数

t—炉内温度；根据计算得出kp=5.72

4）计算理论工艺因数pf，pf按以下公式计算：

将步骤cp及cs代入该公式得出pf=196

5）通过气体分析仪实时检测炉内保护气中co及co2的体积分数，并计算实际工艺因数pf’，pf’按以下公式计算：

6）比对pf’与pf，若pf’与pf不相等则控制器使保护气发生装置调节输出的保护气组分以使pf’与pf相等，从而达到保护气碳势cp与钢材碳势cs平衡的目的。