1. Как определяется размер зерна? Каков типичный размер зерна холоднокатаных стальных листов?
Размер зерна относится к размеру отдельных крошечных кристаллов (зерен) внутри поликристаллической структуры металла. Обычно он выражается как средний размер зерна, его можно наблюдать с помощью металлографического микроскопа и оценивать в соответствии со стандартами, такими как ASTM E112.
Для холоднокатаных рулонов-(особенно отожженных) диапазон размеров зерен примерно следующий:
Обычный размер зерна. Большинство имеющихся в продаже холоднокатаных-листов имеют размер зерна между классами ASTM 7 и 10. В пересчете на средний диаметр он составляет примерно от 30 микрометров (0,030 мм) до 10 микрометров (0,010 мм).
Сверх-мелкозернистая: некоторые высоко-стали благодаря микролегированию, контролируемой прокатке и охлаждению могут иметь зерно, очищенное до класса ASTM 12 или выше (< 5 micrometers).
Coarse Grain: If the annealing temperature is too high or the annealing time is too long, the grains can grow to below ASTM grade 5 (>60 микрометров), ситуации, которой обычно избегают в промышленном производстве.
2.Какое влияние размер зерна оказывает на качество поверхности при штамповке?
Механизм образования: когда размер зерна велик, анизотропия каждого зерна (различные возможности деформации в разных направлениях) становится более заметной. При штамповке макроскопическая равномерная деформация на самом деле является результатом согласованной деформации бесчисленного количества зерен. Если зерна слишком крупные, количество зерен, участвующих в деформации, относительно невелико, и деформационное поведение каждого зерна будет отражаться на макроскопической поверхности.
Результат: под нагрузкой зерна с разной ориентацией демонстрируют разную степень скольжения, что приводит к микроскопическим неровностям на поверхности детали, известным как эффект апельсиновой корки. Это не только влияет на эстетичный внешний вид, но и остается видимым после покраски, а в тяжелых случаях может стать точкой концентрации напряжений, вызывая растрескивание.
Общие требования: Для наружных панелей кузова автомобиля (таких как двери и капоты) с чрезвычайно высокими требованиями к качеству поверхности размер зерна обычно должен быть относительно небольшим, обычно контролируемым в соответствии с классом ASTM 7-8 или выше.
3.Как влияет слишком мелкое или крупное зерно на прочность и пластичность (удлинение) материала?
Чрезмерно мелкие зерна (например, класс ASTM 12 и выше):
Прочность (↑): Многочисленные границы зерен серьезно препятствуют движению дислокаций, что приводит к значительному увеличению предела текучести и прочности на разрыв.
Пластичность (↓): хотя мелкое зерно может улучшить как прочность, так и ударную вязкость, слишком мелкое зерно приводит к чрезмерно быстрому наклепу. Во время формования материал проявляет высокую устойчивость к деформации, что легко вызывает износ формы и сильное пружинение, что затрудняет формование. Для деталей, требующих сложной формовки, слишком мелкое зерно действительно вредно.
Средний размер зерна (например, классы ASTM 7–9):
Идеальный баланс: достаточная прочность для предотвращения деформации во время использования, а также хорошая пластичность (удлинение) и низкий коэффициент текучести, облегчающий штамповку.
Чрезмерно крупное зерно (например, класс ASTM 5 и ниже):
Прочность (↓): меньшее количество границ зерен снижает сопротивление движению дислокаций, в результате чего материал становится более мягким (меньший предел текучести).
Пластичность (↓): Хотя удлинение на кривой растяжения может быть и не низким, способность к локальной деформации плохая. Когда крупнозернистые материалы подвергаются напряжению, деформация имеет тенденцию концентрироваться на нескольких зернах с мягкой-ориентацией, что приводит к раннему образованию шейки и растрескиванию, т. е. к уменьшению равномерного удлинения.
4. Существуют ли какие-либо особые требования к размеру зерна при глубокой вытяжке (например, при производстве банок для напитков и автомобильных масляных поддонов)?
Абсолютные требования к размерам. Стали для глубокой-вытяжки (такие как сталь IF или межузельная сталь) обычно требуют соответствующего крупного зерна (но никогда не настолько крупного, чтобы создавать эффект апельсиновой корки). Например, размер зерна особо-глубокой-вытяжки холоднокатаных-листов часто контролируется в пределах класса 6–7 по ASTM. Это связано с тем, что более крупное зерно обеспечивает лучшую пластичность, более низкий предел текучести и больше способствует течению материала в матрице.
Решающая роль однородности: глубокая вытяжка наиболее уязвима для смешанных зерен (т. е. смеси крупных и мелких зерен).
Если материал содержит как крупнозернистые зерна класса ASTM 5, так и мелкие зерна класса 9 ASTM, деформация будет крайне неравномерной. Мелкозернистые области-имеют высокую прочность и их трудно деформировать, а крупнозернистые области-имеют низкую прочность и их легко деформировать.
В условиях сильного напряжения при глубокой вытяжке эта неоднородность быстро приведет к чрезмерному локальному утончению, что в конечном итоге приведет к растрескиванию на крупнозернистых границах или в крупнозернистых областях. Поэтому к металлографическому контролю холоднокатаных листов глубокой-вытяжки- предъявляются строгие требования в отношении изменения размера зерен.
5. Как на реальном производстве мы можем получить идеальный размер зерна посредством контроля процесса?
Обжатие при холодной прокатке: чем больше деформация при холодной прокатке, тем сильнее разрушение зерна, тем выше запасенная энергия и тем больше движущая сила рекристаллизации. Обычно это приводит к получению более мелких зерен после рекристаллизации. Если измельчение слишком маленькое, движущая сила недостаточна, что легко может привести к образованию крупных зерен.
Температура и время отжига (наиболее критичное):
Низкая температура, короткое время: рекристаллизация только что завершилась, зерна очень мелкие.
Высокая температура, длительное время: происходит рост зерна (механизм поглощения зерна). Для получения зерен определенного размера необходим точный контроль температуры нагрева и времени выдержки в линии непрерывного отжига или колпаковой печи.
Легирующие элементы и частицы второй-фазы:
Добавление микролегирующих элементов (таких как Nb, Ti) образует мелкие частицы карбонитрида, которые действуют как «гвозди», закрепляющиеся на границах зерен, эффективно предотвращая рост зерен. Даже при более высоких температурах отжига можно получить мелкие зерна. Это основа для производства мелко-зернистой высоко-прочной стали.
Для стали глубокой-вытяжки необходимо контролировать эти выделения, чтобы избежать чрезмерного замедления роста зерен и получить достаточно крупные зерна с хорошей формуемостью.
Выравнивание (закалка и отпуск): окончательный процесс -выравнивания-, хотя он в первую очередь направлен на улучшение формы и устранение плато текучести, также вводит небольшое количество дислокаций внутри зерен, точно-настраивая окончательные характеристики, но, как правило, существенно не изменяя размер зерна.