陆瑞新

（爱协林热处理系统（唐山）有限公司）

为改善轴承钢锻造后的不均匀组织，获得良好的机加工性能，并为淬火做好组织准备，以便淬火、回火后获得Z佳的组织及性能，轴承钢都要进行球化退火处理。一般采用连续球化退火或等温球化退火，由于连续球化退火存在碳化物不均匀、能耗高等缺点，而逐渐被淘汰，等温球化退火大大缩短了工艺时间，能够灵活控制各个温度点，从而获得稳定均匀的球化组织。

本文主要介绍保护气氛辊底炉的结构特性，及其在轴承钢等温球化退火工艺中的控制应用，由于设备具备抽真空系统，有效隔离了进出料过程中空气造成的工件氧化，同时炉内通入保护气氛，并采用氧探头控制碳势，有效解决了工件脱碳问题。

1.球化退火的目的及要求

（1）降低硬度，一般要求GCr15：179～207HBW；GCr15SiMn：179～217HBW。

（2）获得细小均匀的粒状珠光体组织，退火组织的碳化物呈球状，按碳化物分布及形态，组织级别一般分为1级欠热、2～4级合格、5级碳化物不均匀和6级过热。

（3）脱碳层不大于单边Z小加工留量的2/3。

2.保护气氛辊底炉结构、性能及工作原理

（1）设备由三工位上料台、前真空锁气室、加热保温区、中间门、等温球化区、降温区、后真空锁气室、三工位卸料台组成，设备全貌见图1。

图1  设备全貌

装、卸料台是料筐的进、出转运平台。

前、后锁气室通过抽真空，隔离进出料时的空气进入，避免对炉内气氛的影响。

加热区完成工件由原始片状珠光体组织转变为奥氏体组织，并将碳化物大部分熔解进入奥氏体中，为球化转变做好准备。

中间门将加热区与等温区隔离开，防止互相干扰。

等温区完成工件由奥氏体缓慢转变为球状珠光体组织，等温区进料端设计了风冷套降温系统，将工件温度迅速降低到低于珠光体开始转变温度，大大缩短了工艺时间。

降温区将结束组织转变的工件迅速降温至＜180℃，防止工件出炉产生微量氧化，降温通过布置在炉壁两侧的水冷套和变频循环风扇完成。

（2）生产线各区配备温度及碳势控制仪表，所有机械动作采用PLC自动控制，过程参数、料盘信息及生产过程由上位机监控记录完成，永远保存备查，全部生产过程只需配备一名操作者。

辊底炉传动系统采用变频控制，能够实现不同产品的工艺周期可调。

工况面板显示全部动作过程及料盘位置，操作者管理设备一目了然，见图2。

图2   工况面板图

（3）此设备是全套进口技术，原设计不带中间门，加热区与球化区是相通的，由于两个区的控制温度差异，加热、冷却互相干扰，显得有些不足。

在长期应用过程中，国内进行了设计完善，增加中间门和炉底传动系统。设备改进后缩短了炉子的整体长度，从而降低了设备制造和维护成本，并降低了单位产品能耗。目前两种炉型在国内都有多个用户使用，我们对某单位同种产品的能耗进行过详细测量对比，无中间门的炉型单位产品能耗为0.330kWh/kg，增加中间门后能耗降低到0.274kWh/kg，按照每天产量18t，每年生产320天计算，每年节约电量18*1000*320*（0.330-0.274）=322560度，降耗效益相当可观。

附表是某用户采用增加中间门结构辊底炉在连续生产时的能耗统计数据。

总用电量：（电度表结束值—初始值）*电度表倍率  (75.4-70.4)*300=1500kW·h

每公斤产品能耗：总用电量/产品总重量=1500/5472=0.274kW·h /kg

设备生产能力：单盘装料1250kg/盘（毛重），产量750～800kg/h（净重），进料周期  60～80min可调，根据产品种类调整选择合适的进料周期，料盘按照物流方向运转，见图3。

图3   设备各区整体布局

3.等温球化退火工艺

首先将工件加热至高于Ac1温度并保温（一般设定780～810℃），完成奥氏体转变。

在随后的冷却过程中，如冷却速度足够缓慢或快冷至低于Ar1温度(一般设定700～730℃)进行等温，在等温过程中完成奥氏体向珠光体的转变，即溶入的碳化物将以粒状在未溶碳化物上或者新位置上析出，同时奥氏体转变为铁素体，基体上分布着粒状碳化物。粒状珠光体为球化退火的正常组