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超细晶粒刚的技术之控制轧制
控制轧制作为形变热处理工艺的典型实例,获得了人们广泛的关注。经典的控制轧制分为奥氏体再结晶控制轧制(又称为Ⅰ型控轧)、奥氏体未再结晶区控制轧制(又称为Ⅱ型控轧)和γ+α两相区控制轧制(又称Ⅲ型控轧)。
实际的控制轧制一般采用上述几种方式的组合,可将其分为三个阶段:
第一阶段是在奥氏体再结晶区变形,经再加热的粗大奥氏体晶粒在轧制过程中反复再结晶得到细化,但最终经相变得到的铁素体仍较粗大;
第二阶段是在奥氏体未再结晶区变形,奥氏体经变形后变得“扁平”,在未再结晶奥氏体晶粒中形成变形带,转变的铁素体在变形带和奥氏体晶界形核从而使晶粒细化;
第三阶段是在γ+α两相区变形,延续第二阶段同时产生经变形的铁素体,形成亚结构,获得亚晶强化效果。每个阶段发生的奥氏体组织变化见图1。
奥氏体未再结晶区控制轧制可通过铁素体晶粒细化和微合金碳氮化合物的沉淀强化使高强度低合金钢达到需要的性能。在采用这种工艺生产的钢中需要加入Nb以提高奥氏体未再结晶温度,并且需要降低N含量(小于40ppm)。虽然通过这种工艺生产的HSLA钢可以得到优良的性能,但将轧件冷却到低温再进行轧制,需要较长的等待时间,降低了生产效率,同时轧机的负荷加大,而采用再结晶区控制轧制工艺可以克服以上缺点。
在再结晶区轧制时,人们企图保持在适当低的温度(900℃~10O0℃)终轧以产生细小静态再结晶奥氏体组织,因而采用以下措施:
l)在再结晶区的较低温度大压下量终轧;
2)限制在终轧温度和Ar3之间连续冷却时的晶粒长大,如利用TiN钉扎晶界和终轧后立即强制冷却对细化再结晶奥氏体晶粒都是有效的。为了在改善钢材力学性能的同时提高生产效率,已开发出Nb-Ti钢再结晶区控制轧制工艺,再结晶区终轧温度为980℃。研究表明,在0.l%C~1.3Mn钢中复合添加Nb-Ti进行微合金化时,微合金碳氮化物可有效地阻止加热时奥氏体晶粒的粗化和再结晶区轧制后的奥氏体晶粒长大。采用再结晶控轧工艺(RCR)与采用传统的控轧控冷工艺方法(TMCR)生产的钢材力学性能相当,如表1所示。表1 传统TMCR钢材和再结晶区控轧钢材的性能对比控制冷却轧后控制冷却是控制轧制的进一步发展、完善的形式。
采用轧后控制冷却,在不牺牲钢材韧性的情况下,可使强度进一步提高。控制冷却过程是通过控制轧后三个不同冷却阶段的工艺参数,来得到不同的相变组织。这三个阶段称为一次冷却、二次冷却和三次冷却。
一次冷却是指终轧温度到Ar3温度范围内的冷却,其目的是控制热变形后的奥氏体晶粒状态,阻止奥氏体晶粒长大和碳化物析出,固定由于变形引起的位错,增大过冷度,降低相变温度,为γ→α相变作准备,一次冷却的开冷温度越接近终轧温度,细化奥氏体晶粒和增大有效晶界面积的效果越明显。
二次冷却是指钢材经一次冷却后进人由奥氏体向铁素体相变和碳化物析出的相变阶段,控制相变开始冷却温度,冷却速度和终止温度等,通过控制这些参数,达到控制相变产物的目的。
三次冷却或空冷是指对相变结束到室温这一温度区间的冷却速度的控制。从80年代初开始,世界各发达国家在热轧钢生产线上陆续采用了轧后加速冷却这一先进技术。
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