摘要: 提供了部分可供試驗(yàn)和生產(chǎn)選用的各種溫度的鹽浴配方，分析了鹽浴加熱產(chǎn)生脫碳的根本原因和避免 脫碳的方法，介紹了多種國外試驗(yàn)效果較好的校正劑和預(yù)先加入校正劑的混合鹽配方。

　　關(guān)鍵詞: 熱處理; 鹽浴; 脫碳

　　1 引言

　　高溫電極鹽浴爐的爐膛和電極結(jié)構(gòu)與現(xiàn)鹽浴爐 基本相同[1]。工具熱處理( 特別是高速鋼工具的熱 處理) 包括預(yù)熱、加熱、冷卻和回火等工序，基本采 用鹽浴爐。自 20 世紀(jì) 80 年代開始，國外逐步以真 空高壓氣淬爐取代高溫鹽浴爐，國內(nèi)部分工具廠也 在齒輪刀具等工具上采用真空爐取代鹽浴爐，但鹽 浴爐不可能完全被真空爐取代。

　　碳素工具鋼與合金工具鋼等材料制造的工具不 適合采用真空熱處理; 鉆頭、絲錐、立銑刀、鉸刀等高 速鋼材料制成的帶柄工具，因?yàn)榈洱X和背部的鉚釘 孔部位的硬度要求不同，除非柄部單獨(dú)處理，否則不 宜采用真空熱處理; 鑲片大鋸片的刀片不宜采用真 空熱處理; 工具表面有氧化皮，扎制的直柄鉆頭和扎 扭的錐柄鉆頭也不宜直接采用真空熱處理。同時(shí)， 真空熱處理設(shè)備價(jià)格昂貴，中小工具廠及機(jī)械廠的 自制工具不適宜大量采用真空爐。

　　21 世紀(jì)以來，國內(nèi)仍有部分專業(yè)工具廠從國外 引進(jìn)鹽浴熱處理技術(shù)設(shè)備和工藝，可見，作為工具熱 處理的傳統(tǒng)方法，鹽浴技術(shù)可以提供工具鋼獲得最 佳工作效能所必須的諸多優(yōu)良冶金學(xué)性能，在目前 的熱處理工業(yè)中，鹽浴技術(shù)優(yōu)異的可控性、適應(yīng)性和 熱效率仍倍受青睞。 鹽浴加熱至今仍在廣泛應(yīng)用的重要原因是經(jīng)過 鹽浴加熱淬火的高速鋼工具可以得到更好的微觀組織。由于鹽浴加熱方式為傳導(dǎo)加熱，可以選擇較低 的淬火加熱溫度和較短的保溫時(shí)間，將奧氏體晶粒 長大和碳化物的聚集長大減少到最低程度。 國外專家曾對(duì)鹽浴爐和真空爐加熱的高速鋼試 樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

　　在相同的加熱條件下，在鹽浴中 加熱的 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的奧氏體晶粒度為截 取法 11. 8 級(jí)，而在真空爐中加熱試樣的晶粒度更粗 大，為截取法 9. 4 級(jí); 鹽浴中加熱試樣的未溶一次碳 化物細(xì)小，呈彌散分布，且數(shù)量較多; 而在真空爐中 加熱試樣的未溶一次碳化物沿奧氏體晶界開始聚集 和熔化。奧氏體晶粒長大和一次碳化物的聚集會(huì)損 害工具力學(xué)性能，尤其是工具韌度，導(dǎo)致工具切削壽 命降低。由試驗(yàn)可知，由于真空氣淬冷卻速度過慢， 使試樣在冷卻過程中穿過了高速鋼的 TTT 曲線的 “鼻子”，導(dǎo)致沿奧氏體晶界析出先共析碳化物。 鹽浴加熱的另一優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)淬火、多 次分級(jí)淬火及貝氏體等溫淬火，大大減少工具的淬 火畸變。對(duì)某些細(xì)長工具或形狀復(fù)雜的工具，有時(shí) 要解決淬火畸變問題等溫淬火必須采用鹽浴法，其 它淬火方法無法解決。

　　2 工具熱處理用鹽的基本成分

　　工具熱處理加熱用鹽浴的原料一般選擇中性 鹽，鹽浴的原料應(yīng)滿足: ①不含有害物質(zhì)，熔化時(shí)無 大量有害氣體產(chǎn)生; ②鹽的純度高，熔化后不會(huì)腐蝕 鋼材表面，不會(huì)造成鋼材表面脫碳; ③應(yīng)盡量降低鹽 的吸水性，防止原料在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中吸潮變質(zhì); ④鹽浴的熔點(diǎn)適當(dāng)，單獨(dú)或混合鹽浴的熔點(diǎn)需低于使用溫度 100℃ ～ 300℃，以獲得好的流動(dòng)性及揮發(fā) 量; ⑤被處理工件表面附著的鹽易清洗; ⑥原料價(jià)格 便宜且貨源充足。 根據(jù)使用溫度的不同，用于工具熱處理的鹽浴 可以分為 3 種類型。

　　( 1) 低溫鹽浴( 150℃ ～ 550℃ ) 低溫鹽浴用于合金工具鋼工具淬火冷卻和高速 鋼工具的等溫淬火冷卻以及碳素工具鋼和合金工具 鋼工具的回火。在實(shí)際生產(chǎn)中常用的低溫 鹽浴為序號(hào) 3，6，7，8。

　　( 2) 中溫鹽浴( 570℃ ～ 900℃ ) 中溫鹽浴用于碳素工具鋼和合金工具鋼工具的 淬火加熱、高速鋼工具的淬火預(yù)熱、高速鋼工具的淬 火分級(jí)冷卻、高速鋼工具的回火以及部分工具的柄 部淬火和柄部退火加熱。

　　( 3) 高溫鹽浴( 1000℃ ～ 1300℃ ) 高溫鹽浴用于高速鋼工具和部分高鉻工具鋼工 具的高溫淬火加熱。高溫鹽浴通常采用 100% BaCl2 作為加熱介質(zhì)，有時(shí)在其中加入一定數(shù)量的校正劑。

　　3 鹽浴加熱產(chǎn)生脫碳的原因及預(yù)防方法

　　工具熱處理采用鹽浴加熱主要目的是防止鋼的 表面產(chǎn)生氧化脫碳。

　　3. 1 鹽浴加熱產(chǎn)生脫碳的原因

　　( 1) 鹽浴吸收空氣中的氧 由于鹽浴長期處在高溫下，鹽浴面暴露在空氣 中，吸收的氧與工具表面和鹽浴發(fā)生反應(yīng)，分別產(chǎn)生 氧化、脫碳和浸蝕作用。 氧使鋼的表面發(fā)生氧化或直接奪取鋼中的碳， 其反應(yīng)式為 2Fe + O2 = 2FeO 2C + O2 = 2CO 鹽浴被氧化生成氧化鋇，氧化鋇含量越高，鋼的脫碳傾向越嚴(yán)重。

　　因此，常采用化驗(yàn)鹽浴中氧化鋇 含量的方法來確定鹽浴的脫碳傾向。 2BaCl2 + O2 = 2BaO + 2Cl2 上式中鹽浴氧化生成的氯氣會(huì)浸蝕工具的表 面，其反應(yīng)式為 Fe + Cl2 = FeCl2 試驗(yàn) 證 明，鹽浴被氧化后生成的氧化物 ( 如 BaO) 對(duì)在鹽浴中加熱的工具表面會(huì)形成強(qiáng)烈的脫 碳作用。隨著鹽浴熔鹽保溫時(shí)間的延 長，鹽浴中的 BaO 含量不斷升高，使在鹽浴中加熱 的鋼箔含碳量相應(yīng)下降。

　　(2) 熔鹽中的雜質(zhì) 工具加熱用的鹽浴通常采用中性的氯化鹽為原 料，原料中含有較多雜質(zhì)，如碳酸鹽或硫酸鹽等。鹽 浴中的雜質(zhì)會(huì)對(duì)在鹽浴中加熱的工具產(chǎn)生氧化脫碳 作用。 碳酸鹽的影響: Na2CO3 可以使鐵生成其氧化物，也可能直接奪取鋼中的碳。 Fe + Na2CO3 = Na2O + CO + FeO C + Na2CO3 = Na2O + 2CO 硫酸鹽的影響: Na2 SO4 會(huì)與鐵反應(yīng)生成其氧化 物或硫化物或直接奪取鋼中的碳。 Fe + Na2 SO4 = FeO + SO2 + Na2O 4Fe + Na2 SO4 = 3FeO + Na2O + FeS C + Na2 SO4 = Co + SO2 + Na2O 在鹽浴使用初期，鹽浴中的雜質(zhì)直接出現(xiàn)氧化、 脫碳及浸蝕現(xiàn)象，作為反應(yīng)物生成的 Na2O、BaO 及 FeO 等溶于鹽浴中，均會(huì)增加鹽浴的脫碳傾向。

　　( 3) 水分的影響 由于鹽浴原料含有水分，且鹽浴不斷從空氣 中吸收 水 分，對(duì) 鹽 浴 產(chǎn) 生 不 良 影 響: 工 具 表 面 氧 化; 奪取鋼中的碳，導(dǎo)致工具表面脫碳; 水分使鹽 浴氧化，生成氧化鋇和鹽酸，生成的 BaO 造成工具 表面 脫 碳，產(chǎn) 生 的 HCl 會(huì)浸蝕工具表面。反 應(yīng) 式為 Fe + H2O = FeO + H2 C + H2O = CO + H2 BaCl2 + H2O = BaO + 2HCl Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 。可見， 由于干燥空氣中不含水分，因此對(duì)鹽浴中的 BaO 含量影響很小; 由于空氣中含有少量水分，因此對(duì) 氧化鋇含量的增加有一定影響; 通入過飽和的水 蒸汽，鹽浴中的 BaO 含量大大增加。可見，水分對(duì) 鹽浴的氧化鋇含量影響較大，將增加鹽浴的脫碳 傾向。

　　4) 鐵氧化物的影響 當(dāng)工具浸入鹽浴中時(shí)，有時(shí)會(huì)帶入一些氧化皮、 鐵銹或其它附雜物。在加熱過程中，工具會(huì)產(chǎn)生氧 化物，鹽浴中電極的消耗也會(huì)產(chǎn)生鐵的氧化物，從而 增加鹽浴的脫碳傾向。為向鹽浴中加入 Fe2O3 時(shí)鋼的脫碳層深度變化情況。加入的 Fe2O3 數(shù)量越 多，鹽浴時(shí)效的時(shí)間越長，鋼的脫碳層越深。鹽浴脫碳越靠近鹽浴爐的下部脫碳越嚴(yán)重，相比鹽浴表面，鹽浴的底部脫碳層深度更深， 這可能與鹽浴底部有大量的殘?jiān)? 即大量鐵氧化 物) 有關(guān)，因此有必要經(jīng)常清理鹽浴底部的殘?jiān)��?/p>

　　3. 2 防止鹽浴脫碳的途徑和方法

　　工具在鹽浴加熱時(shí)產(chǎn)生脫碳的主要原因是鹽浴 從空氣中吸收氧和水分、原料鹽中的雜質(zhì)和水分以 及工件帶入鹽浴中的雜物和電極氧化脫落的氧化物 等原因造成，可以通過以下途徑防止工具在鹽浴加 熱時(shí)產(chǎn)生氧化脫碳。 ①避免鹽浴時(shí)可能生成氧化物的操作; ②設(shè)法除去已經(jīng)生成的氧化物; ③在鹽浴中加入還原性物質(zhì)，使氧化物還原，抵 消氧化物脫碳的傾向; ④隔絕空氣，防止鹽浴過程中氧浸入鹽浴; ⑤采用含雜質(zhì)少的原料。試驗(yàn)證明，采用不同 廠家原料的鹽浴，工具加熱后脫碳深度相差 2 ～ 3 倍; ⑥采用精煉原料，除去鹽浴中的雜質(zhì)和水分; ⑦經(jīng)常清理鹽浴中的殘?jiān)�，因�(yàn)闅堅(jiān)�中含有�?量的氧化物; ⑧采用耐燒損的電極( 如采用不銹鋼電極) 可 以減少氧化物的生成; ⑨保持鹽浴的清潔，不把鐵屑、氧化皮等雜物帶 入鹽浴中; ⑩采用好的耐火材料筑爐，減少鹽浴中氧化物 的生成; �灛伂嫴捎眯Ｕ齽�對(duì)鹽浴進(jìn)行校正。

　　4 校正劑選用 由于鹽浴與空氣接觸，受空氣中的氧、水分和二 氧化碳的影響及鹽浴原料雜質(zhì)等影響，工具在鹽浴 加熱時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生氧化脫碳，為此必須向鹽 浴添加校正劑，減少鹽浴中氧化物的含量。校正劑 俗稱脫氧劑，是消除鹽浴中的氧化物和消除產(chǎn)生氧化脫碳的根源。 通常對(duì)校正劑的基本要求為: 可以較徹底地清 除鹽浴中的氧化物，脫氧效果良好，能有效防止工具 表面產(chǎn)生氧化脫碳; 校正劑需具備良好的速效性和 遲效性; 脫氧后生成的沉渣量少，比重大，容易沉底 且便于撈出; 加入校正劑后，不能浸蝕爐襯、耐火磚、 電極和工件。

　　根據(jù)校正劑的脫氧原理，除去鹽浴中氧化物的 方法有以下幾種: ①還原法: 還原法校正劑的主要作用是除去鹽 浴中的活性氧原子或使氧化物還原，如采用木炭、活 性炭、黃血鹽、稀土金屬、鋁鎂合金及天然氣等進(jìn)行 校正。 ②沉淀法: 加入酸性氧化物與鹽浴中堿性氧化 物生成沉淀物，以殘?jiān)�形式析出，采用二氧化硅、�?氧化鈦、硼砂等進(jìn)行校正。 ③置換法: 利用置換反應(yīng)除去鹽浴中的氧化物， 采用氯化銨、氯化鎂、氟化鎂、氟化鈣和 CH3Cl 等進(jìn) 行校正。 ④還原加沉淀雙重法: 利用還原法除去鹽浴中 的氧，其生成物與鹽浴中的堿性氧化物反應(yīng)生成沉 淀物，以殘?jiān)�形式析出�?/p>

　　采 用 Si-Ca-Fe、Si-Fe、SiCa、SiC 及 Si 等進(jìn)行校正。 國內(nèi)外試驗(yàn)和應(yīng)用的校正劑種類很多，其效果 也有極大差異。為了找出效果最好的校正劑，國外 曾對(duì)多種校正劑進(jìn)行了大量的比較試驗(yàn)。前蘇聯(lián)對(duì) 10% MgF22% 硼砂、2% ～ 3% 硅鐵、10% Ca-Fe、10% 螢石及 2% 燒結(jié)硅等 6 種校正劑的效果進(jìn)行了比較試驗(yàn)。

　　5 加入校正劑的混合鹽

　　采用校正劑脫氧的方法雖然可以迅速降低鹽浴 的脫碳傾向，但隨著鹽浴使用時(shí)間延長，鹽浴脫碳傾 向逐漸增加，因而使得鹽浴中的脫碳傾向呈周期性 變化，不能穩(wěn)定保證鹽浴處于最佳狀態(tài)。同時(shí)，伴隨 校正劑的加入必須進(jìn)行除渣，增加了鹽、電力和校正 劑的消耗。為此，開始研究把校正劑直接加入到鹽 浴的原料中，即形成混合鹽。混合鹽熔化后會(huì)始終 保持在良好狀態(tài)，克服了添加校正劑使鹽浴脫碳傾 向呈周期性變化的缺點(diǎn)。

　　化工技術(shù)論文投稿刊物：耐火材料(雙月刊)創(chuàng)刊于1966年，由中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司主管、主辦，是中國唯一報(bào)道國內(nèi)耐火材料科研、生產(chǎn)和應(yīng)用情況及國外耐火材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向的中文專業(yè)技術(shù)期刊。

　　6 結(jié)語

　　通過分析日本一種高溫混合鹽的成分發(fā)現(xiàn)，其 含有 3% MgF2，據(jù)此，重慶工具廠和成都量具刃具廠 曾通過試驗(yàn)采用氟化鎂做高溫鹽浴的校正劑，其效 果優(yōu)于國內(nèi)常用的 TiO2 + SiO2 + Si-Ca-Fe，且校正劑 對(duì)高鋁磚爐膛的浸蝕作用不明顯。上海工具廠曾采 用氯化鎂做校正劑，效果良好。目前國內(nèi)已有多種 含有不同添加劑的混合鹽供應(yīng)。

　　在采用氟化鎂作為校正劑或采用添加氟化鎂的混合鹽時(shí)，會(huì)對(duì)鹽浴爐的爐膛產(chǎn)生較大的腐蝕作用， 縮短爐膛的使用壽命，同時(shí)氟化鎂對(duì)電極也有腐蝕作用。國外曾采用莫來石高鋁材料作為爐襯，選用不銹鋼做電極，在采用 3% 的氟化鎂校正劑時(shí)，爐膛 的使用壽命由 40 天延長至 6 個(gè)月，電極的使用壽命 由 15 天延長到 1 個(gè)月。

　　為適應(yīng) 5% MgF2 和其它帶有腐蝕性的添加劑 對(duì)爐膛的浸蝕，國外曾試驗(yàn)了不同成分的耐火材料。 試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為: 含有 72% Al2O3 的耐火材料在添加 5% MgF2 的鹽浴中加熱時(shí)，爐膛壽命比硅鐵脫氧的爐膛壽命高 12 ～ 15 倍。利用高鋁耐火材料可大幅 提高鹽浴槽的使用壽命，減少維修次數(shù)，降低能耗和 氯化鋇的消耗。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]M A Grossmann. 川口寅之輔，譯. 高速度鋼[M]. 東京: 科 學(xué)主義工業(yè)出版社，1935.

　　作者：李惠友