《工厂热工设备》课程教学资源（讲义）第六讲 金属加热工艺

6.金属加热工艺 导热系数 钢的有关性质平均比热容 热物理性质 热扩散率(导温系数) 弹性模量及泊松比 机械性质 钢的加热温度 钢的加热均匀性(断面允许温差) 钢的加热工艺(加热制度)钢的加热速度 钢的加热时间 炉温制度 钢的过热 钢的过烧 钢的加热缺陷」温度应力 钢的氧化 钢的脱碳

6.金属加热工艺 导热系数 ⚫ 钢的有关性质 平均比热容 热物理性质 热扩散率（导温系数） 弹性模量及泊松比 机械性质 钢的加热温度 钢的加热均匀性（断面允许温差） ⚫ 钢的加热工艺（加热制度） 钢的加热速度 钢的加热时间 炉温制度 钢的过热 钢的过烧 ⚫ 钢的加热缺陷 温度应力 钢的氧化 钢的脱碳

钢的有关性质:定义和规律 入 λ=f(T,化学成分,显微组织,热加工情况) 合金化程度↑A↓ 碳钢:T800℃,趋于一致 合金钢:λ变化不大 70 60 日 10 201l 3 2001006008001001200 温度C℃ 图6-1不同钢种导热系数和温度关系 (相应成分见表6-1)

钢的有关性质：定义和规律 λ：λ=f ( T, 化学成分，显微组织，热加工情况) 合金化程度 ↑ λ↓ 碳钢：T＜800℃，T↑λ↓ T＞800℃，趋于一致 合金钢：λ变化不大

表61与图61中导热系数曲线相应的铜的成分 Mo 纯铁(9.95%Fe) 0.11 0.17 0.32 0.25 0.55 0. 13.0 0.28 13.7 0.71 0.25 12 13.0 13 1.3 1.2 15.2 26.9

C:C==f(T,化学成分,显微组织) ●化学成分影响不大 ●T↑C略有增加 在相变温度范围C变化较大 0.712r1200 75073 1000 770-70°00850 900° 900°1000 900° 0.6 1000 1200 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91,0111.21.31.41.5 (C)/% 图62钢的比热容和含碳量的关系

Ｃ：Ｃ＝=f ( T, 化学成分，显微组织) ⚫ 化学成分影响不大 ⚫ Ｔ↑ Ｃ略有增加 ⚫ 在相变温度范围 Ｃ变化较大

a:a=f(T,化学成分,显微组织,热加工情况) 丧6-2与图63中曲线对应的钢种成分 成分/% 编号钢种 2|普碳钢.23 0.18 低合金钢 0.20 高合金钢 18.45 a=46×10-m2/s

ａ：ａ＝f ( T, 化学成分，显微组织，热加工情况) a=4—6×10-6m2 /s

E V=0.3(0.28-0.45)

Ｅ： ν＝0.3(0.28---0.45)

钢的加热工艺参数之一:加热温度 加热温度:钢加热完毕时的表面温度 ●加热温度=f(压力加工方式,钢的性质) 塑性↑变形抗力↓ 热加工温度~炉内加热温度 1250 1150 碳钢 ·镍铬钢 锰钢 钼钢 铬钢 铬铝钢 镍钢 1050 1000 0.25 0.50 0.75 v(C)/% 图6-5钢的加热温度与含碳量的关系

钢的加热工艺参数之一：加热温度 ⚫ 加热温度：钢加热完毕时的表面温度。 ⚫ 加热温度＝ｆ（压力加工方式，钢的性质） ⚫ 塑性↑ 变形抗力↓ 热加工温度 炉内加热温度

钢的加热工艺参数之二:斷面允许温差Atx 理想情况△tx=0 实际情况△t/s=100.300℃/m 注:②钢的可塑性↑t,↑(低碳钢;高碳钢,合金钢) ②△t,受压力加工方式的影响 ③生产中由控制加热、均热时间来使满足△t,要求 ④其它温差:阴阳面,黑印 钢的加热工艺参数之三:加热速度 定义:金属表面升温速度(℃/h) 加热单位厚度金属所需要的时间(min/cm) 单位时间加热金属的厚度(cm/min) 加热速度 薄材 f(炉子的加热能力,金属本身允许的内部温差) 厚材 钢的加热工艺参数之四:加热的 加热时间确定办法r理论计算法 经验公式法τ=f(炉型,钢种,摆放方式)

钢的加热工艺参数之二：断面允许温差 △ｔｚ 理想情况 △ｔｚ＝０ 实际情况 △ｔｚ／ｓ＝100—300℃／ｍ 注：① 钢的可塑性↑ △ｔｚ ↑（低碳钢；高碳钢，合金钢） ② △ｔｚ受压力加工方式的影响 ③ 生产中由控制加热、均热时间来使满足△ｔｚ要求 ④ 其它温差：阴阳面，黑印 钢的加热工艺参数之三：加热速度 定义：金属表面升温速度（℃／ｈ） 加热单位厚度金属所需要的时间（min/cm） 单位时间加热金属的厚度（cm/min） 加热速度＝ 薄材 ｆ（炉子的加热能力，金属本身允许的内部温差） 厚材 钢的加热工艺参数之四：加热时间 加热时间确定办法 理论计算法 经验公式法 τ＝ｆ（炉型，钢种，摆放方式）

钢的加热缺陷之一:过 钢加热温度过高、时间长,钢中晶粒过分长大,塑性降低,导致 热加工后钢表面出现裂纹的现象 钢的加热统之二:过烧 钢加热温度过高、时间长,钢中晶界发生熔化而后遭到氧化,晶 粒间失去塑性,导致热加工后钢表面出现严重裂纹甚至断裂成数块的 现象。 注:热脆区的回避 钥的加热之三:蔬度应力现象 温度差→热膨胀羞x→内应力→温度应力 破裂 (温度应力>强度极限) 温度水平 热膨胀量 受力类型 表面内部|表面内部表面内部 加热|较高较低较大较小压缩应力张应力 冷却|较低较高较低较高张应力压缩应力 注:温度应力加热区 残余应力

钢的加热缺陷之一：过热 钢加热温度过高、时间长，钢中晶粒过分长大，塑性降低，导致 热加工后钢表面出现裂纹的现象。 钢的加热缺陷之二：过烧 钢加热温度过高、时间长，钢中晶界发生熔化而后遭到氧化，晶 粒间失去塑性，导致热加工后钢表面出现严重裂纹甚至断裂成数块的 现象。 注：热脆区的回避 钢的加热缺陷之三：温度应力现象 温度差 热膨胀差 内应力 温度应力 破裂 （温度应力＞强度极限） 温度水平 热膨胀量 受力类型 表面 内部 表面 内部 表面 内部 加热 较高 较低 较大 较小 压缩应力 张应力 冷却 较低 较高 较低 较高 张应力 压缩应力 注：温度应力加热区 残余应力

温度应力的分析 钢的加热之四,化 氧化产物:Fe2O3,Fe3O,FeO 氧化产物的不良影响:(对生产过程 对钢的质量 对耐火材料 氧化产物=f(T,τ,炉气成分,钢的化学成分,其它因素) 措施:T,τ控制法 炉气中氧气减少法 隔离法 钢的加热缺之五:碳 脱碳的不良影响:降低钢材的表面性能和热处理后的机械性能。 脱碳=f(T,τ,炉气成分,钢的化学成分,其它因素) 措施:①加热温度控制,“低温轧制” ②控制气氛和加热速度 ③待扎处理

温度应力的分析： 钢的加热缺陷之四：氧化 氧化产物：Ｆe2O3, Fe3O4, FeO 氧化产物的不良影响： 对生产过程 对钢的质量 对耐火材料 氧化产物＝ｆ（Ｔ，τ，炉气成分，钢的化学成分，其它因素） 措施：Ｔ，τ控制法 炉气中氧气减少法 隔离法 钢的加热缺陷之五：脱碳 脱碳的不良影响：降低钢材的表面性能和热处理后的机械性能。 脱碳＝ｆ（Ｔ，τ，炉气成分，钢的化学成分，其它因素） 措施：①加热温度控制，“低温轧制” ②控制气氛和加热速度 ③待扎处理