不锈钢制程改善之研究Word下载.docx
- 文档编号:14128813
- 上传时间:2022-10-19
- 格式:DOCX
- 页数:91
- 大小:4.38MB
不锈钢制程改善之研究Word下载.docx
《不锈钢制程改善之研究Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《不锈钢制程改善之研究Word下载.docx(91页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
合金含量在5%以上者稱為高合金鋼
合金含量在5%以下者稱為碳鋼(包括HSLAsteel)
HSLA(HighStrengthLowAlloy)
碳鋼又可依其含C量分為:
1.工業用純鐵[C]0.01%
2.低碳鋼[C]0.1%
3.中碳鋼[C]0.4%
4.高碳鋼[C]0.8%
高速鋼(HighSpeedSteel)實非鋼,而是一種硬質合金
成份為:
[C]:
0.6~0.8%,[Cr]:
4~6%,[W]:
14~20%,[V]:
0.5~20%,[Mo]:
0~1%,[Co]:
0~15%
退火軟化後易鍛成適當形狀之工具
淬火回火後硬度高、高溫強度高、磨耗抵抗力佳
此二者均極適於高速度切削之工具鋼
不銹鋼
不銹鋼的種類與特性
鉻是不銹鋼最重要的合金元素(一般而言合金鋼中的鉻(Cr)含量介於10.5%-30%被定義為不銹鋼)。
由於鉻(Cr)元素的添加而鋼鐵表面形成透明的氧化鉻(Cr2O3)保護層抑制氧化鐵的生成,因此不銹鋼比一般鋼材具有更佳的抗腐蝕性及耐熱性,在大氣中可常保金屬光澤,台灣民間一般俗稱不銹鋼為「白鐵」。
304不銹鋼耐蝕性佳、加工成型性優良、而且量產的技術成熟,是目前全世界使用最大量也是最廣泛的不銹鋼材料。
以台灣民眾使用習慣而言,73%的不銹鋼為SUS304,國內的不銹鋼板廠亦是以生產SUS304不鋼板為主。
不銹鋼雖然種類繁多,不過最常用的僅SUS304、304L、316L(沃斯田鐵系,不具磁性)及SUS-430(肥粒鐵系、有磁性)等幾種。
煉鋼與精煉的目的:
治煉
(1)適當之化學組成包括合金的添加及雜
質如S的去除。
(2)清淨的鋼水包括除氣(O、H、N)及
介在物(大部份為氧化物)
煉鋼分
(1)轉爐(BasicOxygenFurnace,BOF)煉鋼一貫作業鋼廠用原料為鐵水(含C量約4.2%)吹氧以除碳,其反應並可供應所需熱能具有熔解與氧化之功能。
(2)電爐(ElectricArcFurnace,EAF)迷你型鋼廠用原料為(低含C量)以電為熱能來源大部份只作熔解的功能又可分交流電弧爐及直流電弧爐。
轉爐之主要原料:
(1)從高爐來的鐵水:
~4.5%,[Si]:
~0.5%,
[Mn]:
~0.6%,[P]:
~0.1%,[S]:
~0.03%
(2)廢鋼:
加入量為0~30%(熱平衡用)
(3)石灰(Limestone):
為脫[S]所需之鹽基性渣之主要成份
(4)白雲石(Dolomite):
原為鹽基性耐火材料之原料,現則來代替生石灰
(5)冷卻材
(6)合金鐵
*(3)、(4)、(5)為副原料
轉爐操作由吹氧管噴嘴(lancenozzle)噴射氧氣氣流激烈的攪拌及急速的反應
氣體/鋼液反應脫C反應
石灰渣化渣/鋼液反應脫P反應
3-2盤元製程介紹
鋼胚矯直→噴砂除銹→磁粉探傷→研磨→加熱爐加熱→高壓水除銹→粗軋→中軋→精軋→精整→剪修→端壓實驗→拉力實驗→綑紮→稱重→裝車出貨
圖:
1鋼胚矯直
2噴砂除銹
3磁粉探傷檢
4研磨
5加熱爐加熱
6高壓水除銹
7粗軋
8中軋
9精軋
10精整
11剪修
12端壓實驗
13拉力實驗
14綑紮
15稱重
16裝車出貨
盤元先進設備:
磁粉探傷研磨設備
可確保下游冷打線材原料供應品質。
全自動溫度控制步進式加熱爐
以雷射定位鋼胚在爐內位置,加熱均勻。
無扭轉式軋延線
軋機採水平、垂直交錯排列方式軋輥成型,可消除變扭的缺陷。
七個迴線區及兩座熱尺寸偵測器
不僅確保產品尺寸精度,並可在製程中隨時瞭解尺寸是否符合客戶需求。
主控室完全電腦設定
可自動計算各站軋延速度,並可事先模擬軋延狀況,確保品質。
球化線材製程:
盤元粗抽→球化處理→皮膜處理→精抽→出廠檢驗
1盤元粗抽
2球化處理
3皮膜處理
4精抽
5出廠檢驗
球化線材先進設備:
高速連動式粗抽機氫氣球化爐
爐內均溫性加,品質均勻穩定。
3-3酸洗實驗方法
鋼線的基本製程,從表面脫氧化膜至潤滑皮膜處理的工程稱為「抽線前處理」。
抽線工程用潤滑劑改善被加工材與眼模間的潤滑。
鋼線以外的線、棒、管材只是處理方法、條件稍有差異,基本上都以與鋼線同樣的工程抽拉。
為使被加工材有良好的抽拉加工性,或為使抽拉後的製品有所定特性,在抽拉加工前後,或抽拉加工的工程途中,依必要施行各種熱處理,諸如退火、淬火、回火。
(一)退火
退火的目的包括:
消除內部應力、降低硬度,提昇被切削性及冷間加工性等方面的改善,並可調整結晶組織,達到所要之機械性質或物理性質。
為此而將鋼材加熱到適當的溫度並保持適當時間後,再徐徐冷卻的處理方法稱為退火,塑性加工一般常用球狀化退火。
球狀化退火:
此處理把鋼線的鋼中碳化物球狀化,達成冷間加工性最優的軟狀態,可使冷間鍛造等強加工容易進行。
(二)脫碳
鋼線熱處理時,碳從表面逸出,造成鋼材表面層碳含量較低,此現象為脫碳。
有脫碳時會造成鋼材表面硬度降低,降低冷鍛性及皮膜化成性。
鋼線的基本製程鋼材發生氧化膜和脫碳示意圖
三、脫氧化膜(Scale)
鋼材在熱處理時,從高溫冷卻到常溫的過程,會生成鐵的氧化膜。
在線材二次加工工程進行的退火等熱處理時,也會在鋼線表面生氧化膜。
氧化膜常比纖材硬且脆,抽線前須完全除去。
熱軋線材的氧化膜因生成時的溫度不同而使組成稍有不同,一般560℃以上的高溫氧化會生成三層氧化膜。
560℃以下時會生成二層低溫氣化膜。
鐵的氧化膜
一般脫氧化膜大致分為
(一)化學方法
(二)機械性方法,如下圖所示。
化學方法是以硫酸、鹽酸等強酸,溶解去除氧化膜。
機械性方法是使線材彎曲或以鋼粒衝撞,使氧化膜變形,藉機械性剝離除去。
一般以使用化學方法中的酸洗法除氧化膜為多。
(一)酸的種類
脫氧化膜酸洗時,鋼鐵材質多使用硫酸或鹽酸,不銹鋼則使用硝酸、氟酸等混合酸。
硫酸酸洗在常溫的反應速度非常慢,所以在60~80℃使用。
鹽酸酸洗容易氧化,通常在常溫~40℃使用。
在後續工程鍍金的中間線之酸洗常用鹽酸,可使酸洗後表面污點較少且美觀。
抽線前的磷酸鹽皮膜處理若用硫酸酸洗,可增多磷酸鹽皮膜的附著量,有利於抽伸加工。
硫酸酸洗與鹽酸酸洗的比較
項目
硫酸酸洗
鹽酸酸洗
使用濃度
5~25%
5~20%
使用溫度
60~800C
常溫~400C
Fe2+界限濃度
80~100g/l
100~120g/l
對鋼線基地的腐蝕性
大
小
Smut的生成
氫脆化
酸氣發生量
少
多
對化成皮膜的影響
皮膜結晶細且重
皮膜結晶粗且多
對鐵鹽的溶解度
價格
便宜
略高
(二)酸洗中的化學反應
氧化膜及銹在酸洗中所起的化學反應如下:
1.硫酸
Fe
+
H2SO4
──→
FeSO4
H2↑
FeO
H2O
Fe3O4
4H2SO4
Fe2(SO4)3
4H2O
Fe2O3
3H2SO4
3H2O
H2
2FeSO4
氧化膜被硫酸溶解,鋼線基地也被酸腐蝕,此時發生H2,氫氣壓促進上層的氧化膜剝離,H2也有助於Fe3+的還原。
但H2若滲透、擴散於鋼線基地中會引起氫脆化,而使素材品質劣化,因此在酸中添加少量鉻酸、硝酸之類的氧化性酸,可防止氫脆化的發生,亦可添加腐蝕抑制劑。
2.鹽酸
2HCl
FeCl2
8HCl
2FeCl3
6HCl
2FeCl2
酸對氧化膜的溶解因組成而異,FeO較易溶,Fe3O4難溶,而Fe2O3最難溶。
(三)脫氧化膜的機構
熱軋線材的氧化膜因冷卻時的膜收縮作用等,而有很多細裂紋或孔,酸液經這些裂紋而到達可溶性FeO層,而溶解氧化膜。
酸液到達氧化層時,形成局部電池,如下:
陽極反應 Fe──Fe2+2e-
陰極反應 2H++2e-──H2↑
即高溫氧化膜FeO層內的Fe與Fe3O4的共析微粒間產生:
Fe(共析)|酸液|Fe3O4(共析)的局部電池,則Fe為陽極,Fe3O4為陰極。
這使Fe溶出,從Fe3O4產生氫氣,此時氫氧可機械性剝離氧化膜,所以難溶性Fe3O4、Fe2O3也同時被除去。
在低溫氧化膜,從氧化膜裂縫滲入的酸液到達基地鐵(參考「鐵的氧化膜」圖示),形成Fe(基地)|酸液|Fe3O4的局部電池。
此時基地Fe成為陽極而溶解,Fe3O4為陰極發生氫氧,而氫氣壓力破壞氧化膜而剝離。
以鹽酸的濃度與脫氧化膜的機構,如下所列3階段來區別(硫酸之機構亦同):
1.HCl濃度5~10%……剝離作用
2.HCl濃度15~20%……剝離作用與純化學作用
3.HCl濃度25%以上……純化學作用
(四)酸洗的設備
酸洗設備有線材卷圈(盤元)用的分批式,與熱處理、鍍金等連線的連續式。
下圖為分批式的酸洗設備,酸洗時酸液不能充分滲入線材卷圈內部,內部的脫氧化膜遲延,卷圈外部發生過度酸洗,酸液消費過多。
分批式線材酸洗設備
為改善這問題,最近採用振動酸洗法,設備如下圖。
施加於C形鉤的振動傳到線材,使酸液充分滲入線材卷圈內部,可均勻酸洗卷圈內部,縮短酸洗時間。
但振動酸洗法是採用上下振動,以致於與C形鉤接觸的線材,較其他部位線材脫氧化膜略慢。
因此又有回轉振動酸洗法,以改善上述問題,其改採回轉式振動酸洗法,則酸洗更加均勻,時間亦再縮短。
但回轉式振動酸洗設備尚有諸多問題,故尚未被廣泛採用。
3-4熱處理實驗方法
鋼之退火處理
鋼之退火(annealing)處理係將鋼加熱至適當溫度,保持適當時間後使其徐徐冷卻之操作。
其主要目的為,消除由於冷卻或由於常溫、高溫加工所產生之應力,調整因鑄鍛鋼高溫澆鑄、高溫加工所造成之粗大的晶粒,消除化學成份之偏析以及使鋼軟化以便作塑性加工及機械加工。
因此退火按照其目的有種種方法,而最常用之方法有完全退火和製程退火(軟化退火)兩種。
二、退火之種類及目的
退火處理有各種不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 不锈 钢制 改善 研究