钢料加热缺陷及防治措施

钢加热时，常产生的缺陷有氧化、脱碳、过热、过烧。对钢料正确地加热，可以减少或避免这些缺陷。

1.氧化

金属加热到高温时，表面层会与空气中的氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）、水蒸气（H₂O）、二氧化硫（SO₂）等发生化学反应形成氧化皮（铁皮），这种现象就称为氧化，又称为火耗损失。

氧化造成金属的烧损达3%～5%。它的形成不但造成钢材的浪费，而且还影响了锻件的质量。模锻时，进入型槽内的氧化皮还加剧了锻模的磨损，使模具的使用时间缩短。炉中过多的氧化皮还会腐蚀耐火材料，降低了炉子的使用寿命。

钢的碳含量越高，生成的氧化皮越少。含有铬、镍、铝等元素的合金钢，在加热时形成的氧化皮相对较少。加热温度越高，时间越长，给风量越大，产生的氧化皮就越多。图3-20为长时间加热时的严重烧损。为此，应采取快速加热，尽量缩短加热时间。薄件加热时，温度不能过高，以免因氧化、脱碳严重而报废。

图3-20 长时间加热时的严重烧损

2.脱碳

钢在加热时，形成氧化皮的同时，伴随发生脱碳现象。脱碳就是钢中的碳被氧化而逸出，它的发生与钢的化学成分、加热温度、加热时间和炉中气体有关系。碳含量越多的钢，脱碳层越深。这是由于钢内部的碳可通过扩散作用，补充表面所脱去碳的缘故。钢中含钨、铝等元素，会使脱碳层增加；含铬则可以减少脱碳现象。当温度在800～850℃时开始发生脱碳，随着加热温度的增高与时间的延长而越严重。炉中呈氧化性火焰时，脱碳作用较强。相反，呈还原性火焰时，则不易脱碳。因此，加热炉要求保持还原性火焰加热。

脱碳后钢的表面变软，钢的强度和耐磨性降低，特别是刃具的刃口部分更为敏感，会显著降低刃具的质量。脱碳严重的钢，在锻造时会产生龟裂。

3.过热

钢在高温炉中，保持时间太久，它的晶粒渐渐长大，以至变成粗大结晶，这种现象称为过热。过热与加热温度、加热时间有关。加热温度越高，时间越长，晶粒越变得粗大，而使钢的力学性能降低、变脆。一般过热对钢造成的影响不大，但过热严重时，在锻造中边角处会产生裂纹。

某些合金钢严重过热后，通过热处理改善过热组织也相当困难。

4.过烧

过烧锻件的外表面会形成很深的裂纹，甚至会碎成几块，断面呈浅灰蓝色。过烧的外部特征如图3-21所示。锻造时第一次镦粗就会破裂，有粗大晶粒裂纹，火花飞溅；或者拔长时，生成横向粗糙弯曲裂口。再就是当表面过烧深度较浅时，裂纹看不到，只有酸洗后才能发现，在边缘或平面凸缘处产生了开裂。在显微镜下，过烧的钢不仅晶粒粗大，而且晶界开裂，在晶粒之间发生氧化现象，并在晶粒边界上可能发生部分熔解（见图3-22）。

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图3-21 过烧的外部特征

图3-22 晶界烧坏

对于低碳钢，加热不能超过1300～1350℃；高碳钢（碳的质量分数为1.0%～1.2%）不能超过1100～1150℃；合金钢更容易过烧，加热温度应更低。炉气中含氧越多，加热时间越长，越易过烧。过烧的钢料是无法挽救的，只能回炉重炼，在加热时必须特别注意。

5.温度不均

在整块钢料上，温度不均的现象如下：

1）在同一断面上中心温度比外部低，即“里生外熟”。

2）与1）相反，即“外生里熟”。

3）各面温度不一致，即出现“阴阳面”。

4）同一钢料两端温度比中间高，即“两头白中间黑”。

坯料加热不均匀，在锻造时易出现裂纹，特别是合金钢锻件加热不均匀，锻造时就会出现中心裂纹。为了防止加热不均匀，需进行预热、保温，并适当翻转锻件，使之热透。

6.加热裂纹

由于加热速度过快，金属表面受热而急剧膨胀而热量未传入内部，内部金属膨胀小，故内部金属受到外面金属的拉应力，如果再加上金属加热时组织转变或金属内部原有的残余内力的影响，对于材料脆性较大的高合金工具钢的钢坯及钢锭，以及大截面的冷钢锭，就容易形成裂纹（见图3-23）。如果加热时出现这种裂纹，锻件就很难挽救。因此，对大截面的冷钢锭和高合金工具钢的钢坯及钢锭，都必须按照一定的加热规范进行加热。

图3-23 由于加热速度过快产生的裂纹