钢质锻件加热时间的确定方法

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锻件加热时间是指锻件坯料装炉后从开始加热到出炉所需要的时间。从技术角度出发， 锻件加热时间确定是有效控制和保证锻件 坯料加热温 度均匀、加热缺陷（如氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等）、加热时间短以及获得锻件成形的形状、尺寸和力学性能的前提条件；从管理角度出发，锻件加热时间确定是锻造工时定额确定的一项重要内容， 是操作者直接用于改变劳动对象的形状、 尺寸和力学性能等所消耗的作业时间（如加热、锻造、切边、热处理和清理的时间等）的重要组成部分之一，是计算劳动成果、工资、奖金、工作量、劳动生产率和贯彻按劳分配原则的重要依据 。

1 钢质锻件加热时间确定传统方法

钢质锻件加热时间传统确定方法为理论计算法以传热学为基础的理论计算法）和实践确定法（如经验数据法、试验图线法、类推比较法和实测法等）。些方法各有优点，但缺点较为明显，如受主客观因素影响而将个别的理想因素作为标准依据， 要么过于简单化（约束条件过少），要么复杂化和绝对化（约束条件无法确定），相对稳定性差，可操作性差，难以满足锻造生产要求。

   在 室 式 加 热 炉 中 加 热 ，当 炉 温 为 1200 ℃和300℃、 加热温度分别为 1100～1150℃和 1200～1250℃时，对于直径350mm 以下钢质锻件加热时间的较为合理的经验计算公式为：


     式中：τ 为碳素结构钢圆钢加热时间，min；K1为装炉方式系数，单独放置、放置间距 d/2、放置间距 d 和紧靠放置时的 K1 数值分别为 1、1.2、1.32 和 2；K2 为坯料尺寸系数，长径比 l/d 为≥3、2、1.5 和 1 时的 K2 数值分别为 1、0.98、0.92 和 0.71；K3 为钢种系数，碳素结构钢或低合金钢、 碳素工具钢或中合金钢和高速钢的 K3 数值分别为 1、1.25～1.30 和 1.30～1.50；τ 碳碳素结构钢圆钢单个坯料的加热时间, 对于碳素结构 钢或低合金钢的单件坯料的加热时间为0.60～0.77）h/100mm；对于高碳钢或合金结构钢的加热时间为 1.00 h/100 mm；对于碳素工具钢、合金工具钢、高合金钢和轴承钢的加热时间为（1.20～1.40）h/100mm。

2 钢质锻件加热时间确定新方法

2.1 制订钢质锻件加热时间确定表

影响钢质锻件加热时间的相关因素繁多：分关键因素和次要因素。锻件加热时间是影响锻件加热时间相关因素的函数，是一个可变量，只要有一个相关因素发生变化，锻件加热时间也会发生相应的变化，因此，锻件加热时间不是一成不变的固定数，而是一个范围区间。
以 准350 mm 以下的碳素结构钢和低合金钢钢材（型材或轧材）的相关数据为研究对象，综合分析圆钢直径、长径比、放置间距、加热设备、加热介质、炉温(装料炉温与实际加热的最高炉温)、坯料温度、加热要求温度和材料牌号等诸多关键要素与相关因素，把诸多复杂因素简单化， 把诸多抽象因素数据化，以表格的形式直观地表现出来，制订了可实现定性与定量的统一、 技术与管理的统一和理论与实践的统一的如表 1 所示的钢质锻件加热时间确定表。


2.2 影响钢质锻件加热时间的相关因素
（1） 确定和预测钢质锻件加热时间的总原则是有效控制锻件加热时间，使锻件加热时间既不能过长也不能过短， 在保证加热质量的前提下力求加热时间越短越好。
（2） 影响钢质锻件加热时间的关键因素是锻件坯料的材料牌号、形状与尺寸、放置间距、加热设备、加热介质、炉温、坯料温度和加热温度等。
（3） 确定钢质锻件加热时间表表 1 的使用条件是：在室式天然气燃气炉中加热， 钢质锻件坯料入炉时温度≥20℃， 最佳装料炉温为 400～600 ℃，最高加热炉温 为 (1350±50) ℃和加热要求温度为1200（+80，-20） ℃或(1100±50)℃。
（4） 圆钢直径小于 准250 mm 的碳素结构钢和合金结构钢，导温系数高，装料炉温、升温速度和升温时间一般不受限制即可保证加热质量。
（5） 圆 钢 直径超过准250 mm、 含碳量大于0.45%～0.50%的碳素结构钢和合金结构钢, 导温系数较低，应采用 3 段过程加热控制规范。装料炉温应小于 1150～1200℃，装炉后预热的保温时间应占整个加热时间的 5%～10%；然后再以最大可能加热速度升温到始锻温度的保温时间应占整个加热时间的80%～90%；当加热到始锻温度后的均热时间应占整个加热时间的 5%～10%。
（6）高合金钢或合金工具钢， 导温系数极低，应严格采用 3 段过程加热控制规范。坯料装炉最低温度不得低于室温 20℃， 最佳装料炉温为 400～600℃。在升温到 800～850℃时的预热时间应占整个加热时间的 10%；在预热后再以最大可能加热速度升温到始锻温度的保温时间应占整个加热时间的 80%；加热到始锻温度后需均热的时间应占整个加热时间的 10%。
（7） 锻件半成品坯料重复锻造的加热时间或加热温度与其自身剩余的锻造比值大小有关。 当锻造比≥1.5 时， 重复加热的最高温度为锻件始锻温度，热时间不变；当锻造比＜1.5 时，重复加热的最高温度允许比锻件始锻温度低 50～150℃， 加热时间应适当减少。
（8） 在已经到加热温度或到加热时间的热坯料旁尽可能地避免装放冷坯料 （入炉前表面温度低于00℃的坯料为冷坯料， 在 400～600℃之间的坯料为半热坯料，高于 600℃的坯料为热坯料）；当冷热坯料混装不可避免时， 坯料间距应大于一个坯料直径或边长的距离。
（9） 为减少锻件坯料在炉中加热的停留时间，控制最大装料数量， 在炉膛中装料的最大体积不得大于炉膛容积的 2/3。
（10） 应尽可能地避免加热炉嘴火焰直接喷射在坯料表面上， 当不可避免时应适当地对坯料进行翻动或更换加热位置， 以减少未到规定的加热时间而产生局部过烧等加热缺陷。
（11） 当将牌号相同或不同但形状尺寸有明显差异的坯料混装加热时， 应优先考虑合金元素含量最高和尺寸最大与最小的为关键加热时间。
（12） 若坯料因故超过加热高温区的停留时间或保温时间而不能按时出炉锻造时， 应按以下方法处理： ①在炉中加热锻造的最后几件坯料的保温时间不得超过规定的最长保温时间； ②当超出的保温时间 4h 左右时， 应将炉温降至 850℃左右保温，待故障排除后再加热到规定的温度， 保温时间可比规定时间减少 50%；③也允许出炉冷却，待恢复生产时再按工艺规程要求重新加热； ④终锻温度高于50℃的半成品坯料返炉或达到规定的保温时间后又直接升温者， 当表面温度达到始锻温度时即可出炉锻造。

3 结论

（1） 钢质锻件加热时间确定的总原则是有效控制锻件加热时间， 使锻件加热时间既不能过长也不能过短， 在保证加热质量的前提下力求加热时间越短越好。
（2） 锻件加热时间是影响锻件加热时间相关因素的函数，是一个可变量。 影响钢质锻件加热时间的关键因素是锻件坯料的材料牌号、形状与尺寸、放置间距、加热设备、加热介质、炉温、坯料温度和加热温度等， 其它相关因素对钢质锻件加热时间也有不同程度的影响。 只有将锻件加热时间确定与预测在一定的范围区间，才能达到定性与定量的统一、技术与管理的统一和理论与实践的统一。
（3）钢质锻件加热时间确定是一种新理论和新方法， 具有明显的可行性、 实用性和效益性， 为350 mm 以下的钢质锻件加热时间确定和控制提供了理论与实践依据。