热处理弹簧钢带表面色调处理工艺及设备的改进

热处理弹簧钢带表面色调处理工艺优化及设备的改进胡东福周建明张孟一（新钢特殊钢有限责任公司，江西新余，338013）摘要：通过对热处理弹簧钢带表面色调处理工艺的优化和设备改进，使钢带表面形成一层均匀的蓝色氧化膜，提高了钢带的表面质量和防锈能力。关键词：工艺优化；设备改进；提高表面发蓝质量1、前言我厂有40年热处理弹簧钢带的生产历史，三条连续淬火回火生产线，年产1800吨热处理带钢，因性能均匀和钢带板形、表面质量好，在市场上有一定的知名度。由于近年来的科技进步，用户对产品质量的要求越来越高，市场竟争加剧，我厂产品质量优势正在消失，特别是钢带的表面发蓝质量明显差于浙江一带的企业，给进一步提高市场竟争能力带来困难，而且YB/T5063-93《热处理弹簧钢带》标准要求色调处理钢带，颜色由淡黄色到深褐色或由蓝色到深蓝色，在同一条钢带表面颜色均匀。为此，我厂对热处理弹簧钢带表面色调处理工艺的进行了优化，设备进行了改进，在保证产品的机械性能稳定、板形好的前提下，大幅度提高钢带的表面发蓝质量。2、热处理弹簧钢带表面发蓝的现状及分析2.1热处理弹簧钢带表面发蓝的现状2.1.1热处理弹簧钢带生产工艺流程：冷轧钢带—淬火—回火—发蓝处理。2.1.2三条连续淬火回火生产线的主要工艺参数2.1.2.11#淬火炉炉身长6900mm功率60kw，回火炉炉身长7620mm功率30kw。2.1.2.22#淬火炉炉身长12400mm，淬火炉功率81kw；回火炉炉身长15370mm，回火炉功率45kw。2.1.2.33#淬火炉炉身长8400mm，淬火炉功率60kw；回火炉炉身长13000mm，回火炉功率45kw。2.1.2.4发蓝炉炉身长6250mm，功率45kw。。2.1.3从1968年引进高强度生产线以后，为了提高发蓝质量，进行过数次技术攻关，对提高发蓝质量起到了一定的作用，并采取了以下3方面的措施：①使用原来不锈钢固熔炉改成发蓝炉,使钢带淬火回火后重新发蓝；②在回火炉管出口处开一个流油口，减少回火炉管积油量和油结碳；③使用三角皮带刮油压板，减少进入回火炉管的油量。2.1.4热处理弹簧钢带表面色调处理存在的问题：同一条钢带的颜色变化很大，时好时坏，颜色以暗灰色为主,表面油迹多。2.2热处理弹簧钢带表面发蓝质量问题分析2.2.1热处理弹簧钢带表面发蓝的机理热处理弹簧钢带的表面发蓝又称氧化处理，是钢带表面生成一层薄氧化膜，膜层的厚度约为0.5~1.5um，其主要成份是四氧化三铁（Fe3O4）,膜层的色泽取决于热处胡东福(1965-),男(汉族),江西南康人,轧钢高级工程师,长期从事冷轧钢带技术、管理工作理弹簧钢带表面状态和材料合金成份，以及氧化处理的工艺操作条件；要使钢带表面形成连续稳定的发蓝层，必须在处理前钢带的表面光亮，发蓝炉内的温度均匀，钢带的运行速度稳定，炉内氧化气份保持不变。2.2.目前冷轧带钢热处理前未能去油，淬火炉内结碳严重划伤表面；因淬火炉没有保护气份,当炉头密封不好时有漏气现象，在钢带表面形成断断续续的灰色氧化层；无法做到光亮表面。2.3回火炉在生产光亮表面钢带时通氮气保护,氮气消耗量大，质量不稳定。生产表面色调处理钢带时，不通气保护，炉口尚开，使回火炉具有钢带回火和表面发蓝的功能，因进入钢带表面淬火油多，在回火时炉管内积油并形成油雾，回火炉工艺以钢带性能为主。不同钢带的回火工艺不同，没有发蓝工艺，更谈不上工艺优化。2.4当要求高的钢带在专用发蓝炉进行发蓝时,发蓝炉炉身短,温度不均匀,加上钢带在发蓝前表面无法光亮,发蓝效果不理想,工艺变化很大。2.5综上所述目前影响热处理弹簧钢带表面发蓝质量的主要原因是热处理弹簧钢带发蓝前表面光亮程度、表面发蓝的炉内气份、温度、发蓝时间。并针对进行改进和优化。3、热处理弹簧钢带表面发蓝的工艺试验及分析3.1在淬火和回火炉内增加氨分解保护气氛（75%H2、25%N2）进行保护，通气量：淬火炉0.4~0.7m3/h,回火炉0.4~0.6m3/h,使钢带在淬火和回火时光亮。然后在发蓝炉中进行工艺试验。3.2发蓝试验选用了主导产品65Mn为主,厚度范围0.3~1.0*60~120mm进行试验，采用摸索出发蓝的规律性,并对发蓝工艺进行优化。3.265Mn、0.4*90mm、通氨分解保护气氛淬火、回火后钢带表面光亮，在发蓝炉中进行不同的发蓝温度工艺试验，从试验中发现当温度高于440℃以上的颜色变化和370℃左右的颜色变化不一样。440℃以上不同的发蓝时间，颜色变化为白色→黄色→紫红色→深蓝色→淡蓝色→淡蓝禄色→黄白色。370℃以上不同的发蓝时间，颜色变化为白色→黄色→灰黑色→蓝色+红色→天蓝色（标准蓝色）→淡蓝禄色→黄白色。不同发蓝温度对应钢带发蓝时间见图1。上述的发蓝温度和时间统计经验公式为：S=488-0.87T（秒）S-发蓝时间（秒），T-发蓝温度℃。T温度℃530500470统计经验公式S=488-0.87T44041038035030405060708090100110120130140发蓝时间S（秒）0.4*90mm发蓝的试验统计曲线图13.3不同发蓝温度对应不同的发蓝时间,综合考虑工艺、质量、产量、能耗各种因素,根据该炉型和试验情况，确定了钢带的发蓝的最佳发蓝温度为400℃。在发蓝温度为400℃时，不同规格厚度对发蓝时间的影响图2，发蓝统计经验公式：S=49+263h,h为钢带的厚度。h厚度(mm)0.90.80.70.6S=49+263h0.50.40.30.2t时间120150180210240270300330360390秒400℃各种厚度钢带的发蓝时间曲线3.4试验中当淬火回火钢带保护气氛不好，钢带表面形成灰黑色或淡蓝色时,表面色调处理很困难。并且在淬火时钢带表面刮油不干劲时,钢带回火后表面残余一层油膜,发蓝时形成油迹，并在炉内形成油雾，比较严重的影响钢带表面色调处理。3.5在通氨分解保护气氛后,钢带从回火炉出来的温度要控制好,需通过水箱降温，降到一定的温度，避免出口处氧化。3.6因发蓝是在钢带表面形成一层四氧化三铁（Fe3O4）,发蓝的在炉时间、温度、炉内气氛可在一定范围内波动，波动范围比较窄，否则同一批钢带颜色变化大，最好是钢带恒速运行。3.7通过上述试验分析,钢带表面色调处理前钢带表面光亮、洁净是钢带发蓝质量好的前提。钢带表面色调处理的工艺敏感因素为：发蓝时间、发蓝温度、炉内气氛。特别是在炉时间（发蓝时间）波动影响最大。发蓝色泽比较适宜的温度为370~420℃。4．设备技术改造。4.1根据热处理弹簧钢带表面发蓝的工艺试验及分析,对现有设备进行技术改造，在淬火炉、回火炉入口处增加氨分解进气、计量、安全装置。4.2对现有发蓝炉进行技术改造,炉身长度由6250mm增加到12900mm，炉管有椭圆形改为矩形，在炉管中央增加一个出气口,采用节能型结构,使炉堂内温度均匀，运行速度保持恒定。4.3对现有1条生产线进行改造，在回火炉后直接8000mm长的发蓝炉,形成淬火炉—回火炉—发蓝炉连续作业,提高生产效率。根据淬火速度确定了发蓝炉长度，对不同规格选择好温度和发蓝时间的最佳配合。5、结论经过近段时间的试验研究和生产运行，摸清了热处理弹簧钢带空气发蓝的一些规律性东西、影剧钢带发蓝的主要因素，确定了370~420℃最隹发蓝温度和不同厚度带钢的发蓝时间，并在反复试验时可以重复出现。对淬火回火连续生产线进行了技术改造，增加了淬火回火炉进气、计量、安全装置和在线发蓝炉，进行通氨分解气体保护和发蓝炉发蓝，颜色均匀，基本上达到了标准和用户的要求，大幅度地提高了我厂热处理钢带的表面发蓝质量和防锈能力，增强了竟争力。