На практике часто используют значения температуры и времени (продолжительность) нагревание, а не скорости нагрева, поскольку с помощью этих параметров удобнее наблюдать и контролировать режим нагрева металла. Выбрать (разработать) рациональную технологию нагрева стали - это значит обеспечить нагрев металла в оптимальных условиях с точки зрения интенсивности и качества нагрева.
Условия, в которых происходит нагрев металла, можно разделить на две группы. 1) Условия, определяющие внешний теплообмен, то есть теплоотдачу от печных газов и обмуровки к поверхности металла. К ним относят: температуру печи, металла в начале и конце периода нагрева, излучательную способность печных газов и обмуровки, размеры рабочего пространства печи.
2) Условия, определяющие внутренний (в металле) теплообмен, то есть они характеризуют передачу тепла теплопроводностью от поверхности металла внутрь него. К ним относят: теплопроводность и теплоемкость металла, его толщину и химический состав.
На нагрев металла также заметно влияют два дополнительных фактора внешнего теплообмена: расположение заготовок в печи и изменение степени черноты металла в процессе его нагрева.
От расположения заготовок на поду печи в процессе их нагревания зависит, какая часть поверхности каждой заготовки способна воспринимать тепло. Возможны такие случаи, когда заготовки той или иной степени экранируют одна другую и тем самым уменьшают общую поверхность металла, которая принимает тепло, что приводит к увеличению времени нагрева металла.
Степень черноты поверхности металла в расчетах времени нагрева обычно принимают постоянным. В действительности степень черноты в процессе нагрева металла в пламенных печах претерпевает изменения, связанные с образованием окалины.
Проведенные исследования показали, что при нагреве стали в интервале температур 573-723 К происходит быстрое увеличение степени черноты на 80-90% независимо от качества обработки поверхности перед нагреванием. Это изменение степени черноты заметно влияет на время нагрева металла, вызывая ускорение нагрева образца с черной окисленной поверхностью.
Таким образом, комбинируя условия внешней и внутренней теплообмена, можно разработать оптимальные условия нагрева, т.е. можно выбрать рациональную технологию нагрева металла.
В практических условиях встречается одно-, двусторонний, а иногда и многосторонний (в нагревательных колодцах) нагрев металла.
При двух-или многостороннем нагревании процесс ускоряется и его можно вести с меньшим перепадом температур по сечению металла, в результате чего обеспечивается большая равномерность нагрева. Равномерность - очень важный показатель нагрева металла. Равномерно нагретый металл имеет одинаковые пластические свойства и равномерно деформируется при обработке давлением.
В некоторых случаях применяют режимы нагрева в несколько ступеней.
Одноступинчате нагрева применяют тогда, когда в печи поддерживают одинаковую температуру по всему ее объему и металл помешивают сразу в среду с очень высокой температурой. Такой метод нагрева применяют для тонкого металла (письма, сутунок и др..), В котором не могут возникнуть значительный перепад температур и высокие температурные напряжения.
Часто такой режим применяют для нагрева металла при горячей посадке, т.е. такого металла, при посадке в печь имеет достаточно высокую температуру.
При таком режиме нагрева в случае термической обработке металла иногда делают выдержку для полного завершения внутренних преобразований в этом металле.
Двухступенчатое нагрева обычно состоит из периодов предыдущего и интенсивного нагревов. Этот режим применяют для изделий из углеродистой и легированной стали значительной толщины.
Зона предварительного нагрева печи характеризуется относительно низкой температурой, что позволяет осуществлять нагрев в интервале 273-773 К с допустимой скоростью, без возникновения чрезмерных температурных напряжений.
В зоне интенсивного нагрева металл догревается до конечной температуры обязательно при достаточной равномерности нагрева (не более 200 К на 1 м толщины). Если при двухступенчатом режиме достаточное равномерность нагрева не обеспечивается, то необходимо добавить третью степень нагрева.
В трехступенчатый режим нагрева, кроме рассмотренных выше двух степеней, входит еще и третья ступень - период выдержки при нагреве крупных заготовок. Назначение этого периода состоит в том, чтобы без увеличения температуры поверхности металла прогреть его по толщине, то есть уменьшить температурный перепад, возникший в зоне интенсивного нагрева.
Невыполнение необходимых технологических требований нагревание может привести к неблагоприятным последствиям. Это в первую очередь относится к правильному выбору температуры нагрева. Чрезмерное повышение температуры нагрева металла ведет к излишнему росту зерна, увеличивает чад и может вызвать также перегрев или перерасход металла.
Перегрев металла наступает при таком значительном укрупнении зерен, когда связь между ними ослабевает, механическая прочность металла падает и становится возможным образование в нем трещин. Перегретый металл можно исправить нормальным обжигом до температуры, немного превышающей допустимую температуру.
Пережигания исправить нельзя, и такой металл отправляют в переплавку. При пережигания кислород проникает внутрь металла и как следствие этого происходит окисление и оплавление его зерен. В результате пережигания настолько падает прочность металла, что он вовсе не выдерживает механической обработки.