测定炉温均匀性，优化轴承钢加热工艺

王刘艳 马忠存 李 彬

(北满特殊钢集团技术中心，黑龙江 161041)

测定炉温均匀性，优化轴承钢加热工艺

王刘艳 马忠存 李 彬

(北满特殊钢集团技术中心，黑龙江 161041)

通过对步进式加热炉炉温进行均匀性测试分析铸坯各点温度与炉气温度差值，优化加热工艺参数，达到提高铸坯内部质量的目的。

步进式加热炉;炉温;轴承钢;加热工艺

轴承钢在工作中要承受强冲击和交变载荷，因此对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和分布、碳化物分布等要求都十分严格。北满特钢北兴公司通过对步进式加热炉炉温均匀性的测定，优化轴承钢加热工艺制度，以达到改善轴承钢碳化物形态，提高轴承钢产品质量的目的。

1 试验方案

1.1 试验钢种

使用高碳铬轴承钢GCr15作为试验钢种。

1.2 试验钢坯及测点定位

钢坯尺寸:5 305 mm×280 mm×250 mm(长×宽×高)，各测点位置见图1、图2。

1.3 测温热电偶

温度测量采用K型热电偶，精度为1级。

1.4 温度记录

图1 温度测试点在测试截面的位置Figure 1 Distribution of temperature test spots on section

图2 黑匣子温度测试截面Figure 2 Temperature test section of black box

各点温度每20 s记录一次。

2 测试结果

2.1 非轧机侧各点升温情况

非轧机侧铸坯各点升温速度不同，下表面最快、上表面其次、中心最慢。在炉时间约120 min后铸坯位置温度相同。

非轧机侧升温初期铸坯各点升温速度与在炉时间成线性正比关系。

非轧机侧在炉时间110 min后，上炉气温度与下表面温度相同;在炉时间120 min后，上炉气温度与铸坯各点温度相同;在炉时间160 min后，下炉气温度、上炉气温度、铸坯各点温度相同。

非轧机侧各点加热曲线如图3所示。

2.2 中部各点升温情况

中部铸坯各点升温速度不同，下表面最快、侧表面次之、上表面再次、中心最慢。在炉时间150 min后铸坯各位置温度相同。

中部升温初期铸坯各点升温速度与在炉时间成线性正比关系。

中部在炉时间150 min后，炉气温度与铸坯各点温度相同。

中部上、下炉气温度在预热段、一加段差异较大，在二加段、均热段差异较小。中部各点加热曲线如图4所示。

2.3 轧机侧各点升温情况

轧机侧铸坯各点升温速度不同，下表面最快、中心最慢。在炉170 min后铸坯各位置温度相同。

轧机侧升温初期铸坯各点升温速度与在炉时间成线性正比关系。轧机侧各点加热曲线如图5所示。

2.4 炉气升温情况

非轧机侧与中部上炉气温度差异较小，与中部下炉气温度差异较大。中部下炉气预热段、一加段温度偏高;非轧机侧预热段温度偏低，二加段温度偏高。

各段炉气温度与工艺规定温度相差不大。轴承钢炉气温度加热曲线见图6。

2.5 铸坯中心升温情况

非轧机侧、中部、轧机侧铸坯的中心温度在预加段升温速度基本相同。

在预热段与一加段，铸坯各点横向温度差异较大。轧机侧中心与中部中心温度平均相差67℃。

非轧机侧在一加段中期升温速度明显提高。在一加段结束时，非轧机侧与轧机侧中部中心温差214℃，与中部中心温差113℃。

铸坯中心温度远低于工艺规定温度。轴承钢中心加热曲线见图7。

图3 非轧机侧轴承钢加热曲线Figure 3 Heating curve of bearing steel on the non-rollingmill side

图4 中部轴承钢加热曲线Figure 4 Heating curve of bearing steel in themiddle

图5 轧机侧轴承钢加热曲线Figure 5 Heating curve of bearing steel on the rollingmill side

图6 轴承钢炉气温度加热曲线Figure 6 Furnace atmosphere temperature heating curve of bearing steel

图7 轴承钢中心加热曲线Figure 7 Heating curve of bearing steel center

图8 轴承钢上表面和侧表面加热曲线Figure 8 Heating curve of bearing steel on the upper surface and the side surface

图9 轴承钢下表面加热曲线Figure 9 Heating curve of bearing steel on the lower surface

2.6 上表面和侧表面升温情况

铸坯各段上表面、侧表面温度差异不大。在预热段升温速度差异不大，铸坯各段表面温度低于工艺规定温度。在炉120 min后，温度高于1 200℃。

铸坯各段上表面和侧表面加热曲线见图8。

2.7 下表面升温情况

铸坯各段下表面温度差异较大，在预热段升温速度差异不大。轧机侧下表面温度较低，在炉145 min后温度高于1 200℃。非轧机侧与中部的下表面温度差异不大，在炉120 min后，温度高于1 200℃。

铸坯下表面加热曲线见图9。

3 结果分析

3.1 原加热工艺制度及实际情况

原加热工艺采用预热段、加热一段不限制时间，加热二段≥60 min，均热段≥50 min的加热制度。

在预热段，炉气温度远高于铸坯温度;铸坯各点温度随在炉时间整体呈线性上升趋势。预热段结束时，中部侧下表面温度(733℃)为铸坯最高温度，轧机侧中心温度(577℃)为铸坯最低温度，铸坯平均温度656℃，温度偏低。

在一加段，炉气温度仍远高于铸坯温度;铸坯各点温度随在炉时间成线性上升或呈二次项上升趋势。一加结束时，铸坯中部侧下表面温度(1 017℃)为铸坯最高温度，轧机侧中心温度(739℃)为铸坯最低温度。铸坯经过预热及一加阶段加热后未达到工艺要求温度范围(900～1 120℃)。

在二加段，炉气与铸坯温差逐渐缩小。在炉时间115 min后，铸坯非轧机侧温度与炉气温度近乎相同;在炉时间150 min后，铸坯中部各点与炉气温度近乎相同;二加段结束时(在炉时间160 min)，铸坯整体温度与炉气温度基本一致。二加段铸坯平均温度达到工艺规定温度(1 230～1 250℃)的时间为20 min，低于工艺规定的60 min。

在均热段，铸坯各点温度与炉气温度基本相同，轧机侧温度较炉气温度偏高。铸坯平均温度达到工艺规定温度(1 220～1230℃)时间为31 min，低于工艺规定的50 min。

3.2 曲线模拟

3.2.1 预热段曲线模拟

预热段曲线模拟见图10(a)。

(a)P=0.000R －Sq=100.0%，曲线模拟优秀。

(b)残差图成一定抛物线规律，证明其存在二次项相关。但根据P值及R－Sq值，证明二次项影响微弱，以方程简化为原则，继续使用线性模拟。

(c)模拟曲线证明，在预热段，铸坯平均温度升温速度约为6℃/min。

(d)根据模拟曲线以预热段结束温度850℃计算，预热段时间至少为84 min。

(e)查证测试过程记录，平均温度达到850℃在炉时间为79 min，与理论计算差异不大，建议工艺设定预热段时间为80 min。

3.2.2 一加段曲线模拟

一加段曲线模拟见图10(b)。

(a)P=0.000R －Sq=99.8%，曲线模拟优秀。

图10 轴承钢加热阶段曲线模拟Figure 10 Various heating phase curve simulation of bearing steel

(b)根据模拟曲线一加段(900～1 120℃)温度达到900℃时间至少为84 min;达到1 100℃时间至少为102 min。

(c)查证测试过程记录，平均温度达到900℃的在炉时间为83 min，平均温度达到1 120℃的在炉时间为112 min，与理论计算差异不大，建议工艺设定一加段时间为(80～110)min。

3.2.3 二加段曲线模拟

二加段曲线模拟见图10(C)。

(a)P=0.000R －Sq=99.6%，曲线模拟优秀。

(b)根据模拟曲线二加段(1 230～1 250℃)温度达到1 230℃的时间至少为144 min。

(c)查证测试过程记录，平均温度达到1 230℃的在炉时间为142 min，与理论计算差异不大。建议工艺设定二加段时间为(110～200)min。

(d)建议设定均热段时间(200～250)min。对高档轴承钢应根据工艺适度延长二加段及均热段保温时间。

4 工艺改进

根据炉温均匀性测试结果，优化工艺，设定各段最短在炉时间。工艺设定如下:预热段最短在炉时间≥80 min，加热1段最短在炉时间≥110 min，加热2段最短在炉时间≥200 min，均热段最短在炉时间≥250 min。

5 改进效果

采用新加热工艺后，GCr15轴承钢探伤内部不合格率降低至1.14%;按SEP1520评定，5系列评级均值降低1级，标准差降低0.02级;6系列全部稳定为0级;7系列评级均值降低0.7级，标准差降低0.02级。采用新加热工艺得到的轴承钢性能指标合格，产品质量得到提高。

编辑 杜 敏

Heating Process Optimization of Bearing Steel by Furnace Temperature Evenness Determination

W ang Liuyan，M a Zhongcun，Li Bin

Temperature evenness determination of walking beam heating furnace has been carried out to analyze differentia between various temperatures of casting blank spots and furnace atmosphere temperature in order to optimize heating process parameters and improve inner quality of the blank.

walking-beam type heat furnace;furnace atmosphere temperature;bearing steel;heating process

TF762+.4

B

2013—01—29

王刘艳(1985—)，女，助理工程师，从事轴承钢技术工作。