摘要: 提供了部分可供試驗和生產選用的各種溫度的鹽浴配方，分析了鹽浴加熱產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效果較好的校正劑和預先加入校正劑的混合鹽配方。

　　關鍵詞: 熱處理; 鹽浴; 脫碳

　　1 引言

　　高溫電極鹽浴爐的爐膛和電極結構與現鹽浴爐 基本相同[1]。工具熱處理( 特別是高速鋼工具的熱 處理) 包括預熱、加熱、冷卻和回火等工序，基本采 用鹽浴爐。自 20 世紀 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，因為刀齒和背部的鉚釘 孔部位的硬度要求不同，除非柄部單獨處理，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， 真空熱處理設備價格昂貴，中小工具廠及機械廠的 自制工具不適宜大量采用真空爐。

　　21 世紀以來，國內仍有部分專業工具廠從國外 引進鹽浴熱處理技術設備和工藝，可見，作為工具熱 處理的傳統方法，鹽浴技術可以提供工具鋼獲得最 佳工作效能所必須的諸多優良冶金學性能，在目前 的熱處理工業中，鹽浴技術優異的可控性、適應性和 熱效率仍倍受青睞。 鹽浴加熱至今仍在廣泛應用的重要原因是經過 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加熱，可以選擇較低 的淬火加熱溫度和較短的保溫時間，將奧氏體晶粒 長大和碳化物的聚集長大減少到最低程度。 國外專家曾對鹽浴爐和真空爐加熱的高速鋼試 樣進行對比試驗。

　　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，而在真空爐中加熱試樣的晶粒度更粗 大，為截取法 9. 4 級; 鹽浴中加熱試樣的未溶一次碳 化物細小，呈彌散分布，且數量較多; 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損 害工具力學性能，尤其是工具韌度，導致工具切削壽 命降低。由試驗可知，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”，導致沿奧氏體晶界析出先共析碳化物。 鹽浴加熱的另一優點是可以實現分級淬火、多 次分級淬火及貝氏體等溫淬火，大大減少工具的淬 火畸變。對某些細長工具或形狀復雜的工具，有時 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，鹽浴的原料應滿足: ①不含有害物質，熔化時無 大量有害氣體產生; ②鹽的純度高，熔化后不會腐蝕 鋼材表面，不會造成鋼材表面脫碳; ③應盡量降低鹽 的吸水性，防止原料在儲存、運輸過程中吸潮變質; ④鹽浴的熔點適當，單獨或混合鹽浴的熔點需低于使用溫度 100℃ ～ 300℃，以獲得好的流動性及揮發 量; ⑤被處理工件表面附著的鹽易清洗; ⑥原料價格 便宜且貨源充足。 根據使用溫度的不同，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。在實際生產中常用的低溫 鹽浴為序號 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熱、高速鋼工具的淬 火分級冷卻、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，有時在其中加入一定數量的校正劑。

　　3 鹽浴加熱產生脫碳的原因及預防方法

　　工具熱處理采用鹽浴加熱主要目的是防止鋼的 表面產生氧化脫碳。

　　3. 1 鹽浴加熱產生脫碳的原因

　　( 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生反應，分別產生 氧化、脫碳和浸蝕作用。 氧使鋼的表面發生氧化或直接奪取鋼中的碳， 其反應式為 2Fe + O2 = 2FeO 2C + O2 = 2CO 鹽浴被氧化生成氧化鋇，氧化鋇含量越高，鋼的脫碳傾向越嚴重。

　　因此，常采用化驗鹽浴中氧化鋇 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浸蝕工具的表 面，其反應式為 Fe + Cl2 = FeCl2 試驗 證 明，鹽浴被氧化后生成的氧化物 ( 如 BaO) 對在鹽浴中加熱的工具表面會形成強烈的脫 碳作用。隨著鹽浴熔鹽保溫時間的延 長，鹽浴中的 BaO 含量不斷升高，使在鹽浴中加熱 的鋼箔含碳量相應下降。

　　(2) 熔鹽中的雜質 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，如碳酸鹽或硫酸鹽等。鹽 浴中的雜質會對在鹽浴中加熱的工具產生氧化脫碳 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 會與鐵反應生成其氧化 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，鹽浴中的雜質直接出現氧化、 脫碳及浸蝕現象，作為反應物生成的 Na2O、BaO 及 FeO 等溶于鹽浴中，均會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 鹽 浴 產 生 不 良 影 響: 工 具 表 面 氧 化; 奪取鋼中的碳，導致工具表面脫碳; 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 生 的 HCl 會浸蝕工具表面。反 應 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 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�？梢�，水分對 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 當工具浸入鹽浴中時，有時會帶入一些氧化皮、 鐵銹或其它附雜物。在加熱過程中，工具會產生氧 化物，鹽浴中電極的消耗也會產生鐵的氧化物，從而 增加鹽浴的脫碳傾向。為向鹽浴中加入 Fe2O3 時鋼的脫碳層深度變化情況。加入的 Fe2O3 數量越 多，鹽浴時效的時間越長，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渣( 即大量鐵氧化 物) 有關，因此有必要經常清理鹽浴底部的殘渣。

　　3. 2 防止鹽浴脫碳的途徑和方法

　　工具在鹽浴加熱時產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 熱時產生氧化脫碳。 ①避免鹽浴時可能生成氧化物的操作; ②設法除去已經生成的氧化物; ③在鹽浴中加入還原性物質，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采用含雜質少的原料。試驗證明，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，除去鹽浴中的雜質和水分; ⑦經常清理鹽浴中的殘渣，因為殘渣中含有大 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�對鹽浴進行校正。

　　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等影響，工具在鹽浴 加熱時不可避免地會產生氧化脫碳，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生氧化脫碳的根源。 通常對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，以殘渣形式析出，采用二氧化硅、二 氧化鈦、硼砂等進行校正。 ③置換法: 利用置換反應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 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生成沉 淀物，以殘渣形式析出。

　　采 用 Si-Ca-Fe、Si-Fe、SiCa、SiC 及 Si 等進行校正。 國內外試驗和應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 曾對多種校正劑進行了大量的比較試驗。前蘇聯對 10% MgF22% 硼砂、2% ～ 3% 硅鐵、10% Ca-Fe、10% 螢石及 2% 燒結硅等 6 種校正劑的效果進行了比較試驗。

　　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，不能穩定保證鹽浴處于最佳狀態。同時，伴隨 校正劑的加入必須進行除渣，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�；旌消}熔化后會始終 保持在良好狀態，克服了添加校正劑使鹽浴脫碳傾 向呈周期性變化的缺點。

　　化工技術論文投稿刊物：耐火材料(雙月刊)創刊于1966年，由中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司主管、主辦，是中國唯一報道國內耐火材料科研、生產和應用情況及國外耐火材料科學技術發展動向的中文專業技術期刊。

　　6 結語

　　通過分析日本一種高溫混合鹽的成分發現，其 含有 3% MgF2，據此，重慶工具廠和成都量具刃具廠 曾通過試驗采用氟化鎂做高溫鹽浴的校正劑，其效 果優于國內常用的 TiO2 + SiO2 + Si-Ca-Fe，且校正劑 對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。目前國內已有多種 含有不同添加劑的混合鹽供應。

　　在采用氟化鎂作為校正劑或采用添加氟化鎂的混合鹽時，會對鹽浴爐的爐膛產生較大的腐蝕作用， 縮短爐膛的使用壽命，同時氟化鎂對電極也有腐蝕作用。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，爐膛 的使用壽命由 40 天延長至 6 個月，電極的使用壽命 由 15 天延長到 1 個月。

　　為適應 5% MgF2 和其它帶有腐蝕性的添加劑 對爐膛的浸蝕，國外曾試驗了不同成分的耐火材料。 試驗結果認為: 含有 72% Al2O3 的耐火材料在添加 5% MgF2 的鹽浴中加熱時，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，降低能耗和 氯化鋇的消耗。

　　參考文獻

　　[1]M A Grossmann. 川口寅之輔，譯. 高速度鋼[M]. 東京: 科 學主義工業出版社，1935.

　　作者：李惠友