Изменения микроструктуры в процессе холодной прокатки
После холодной прокатки стальная полоса расплющивается, удлиняется, ее решетка деформируется и нарушается, в результате чего снижается пластичность и повышаются прочность и твердость. Это явление называется наклепом.
После холодной прокатки зерна рулонной стали измельчаются и удлиняются, что сопровождается сильным искажением решетки. Это приводит к повышению твердости и снижению пластичности и вязкости стали, а именно:явление наклепа.
Когда сталь нагревается до температуры выше температуры ее рекристаллизации, но ниже температуры аустенитизации, с последующим периодом сохранения тепла, нестабильные атомы на границах зерен перестраиваются за счет теплового движения. В ходе всего процесса зарождения и роста зерен генерируются новые равноосные зерна, что определяется какявление рекристаллизации.
В результате прочность и твердость стали снижаются, а пластичность и ударная вязкость улучшаются, что придает стальной полосе отличные технологические и эксплуатационные свойства.
Рекристаллизация требует определенных условий температуры и времени выдержки. Тем не менее, чрезмерно высокая температура нагрева или неоправданно продолжительное время выдержки вызовут слияние границ между вновь образовавшимися равноосными зернами, вызывая непрерывный аномальный рост зерен. Этот процесс, в свою очередь, приведет к ухудшению всех механических свойств стали.
Соответственно, рекристаллизационный отжиг можно резюмировать следующим образом: посредством контролируемого нагрева и сохранения тепла процесс должен полностью вызвать рекристаллизацию в холоднокатаной стали и при этом строго сдерживать чрезмерный рост зерна.
.
Основными факторами, влияющими на размер зерна после рекристаллизации в процессе отжига, являются температура отжига и время выдержки. При определенных условиях холодной деформации размер зерна после рекристаллизации меняется в зависимости от температуры отжига и времени выдержки. Чем выше температура и дольше время выдержки, тем крупнее зерна.
Причины отжига
После деформации холодной прокаткой внутренняя микроструктура стали имеет удлиненные и изломанные зерна, а также массовое скопление кристаллических дефектов. Это повышает внутреннюю свободную энергию металла, переводя его в нестабильное термодинамическое состояние. Материал по своей природе имеет тенденцию самопроизвольно возвращаться к полной, упорядоченной микроструктуре с низкой свободной энергией и высокой стабильностью.
При комнатной температуре атомы обладают низкой кинетической энергией, слабой диффузионной способностью и чрезвычайно медленной скоростью диффузии. В результате это спонтанное структурное восстановление не может произойти само по себе. Поэтому требуется внешняя энергия активации. Эта активация достигается путем нагрева стали до определенной температуры, которая обеспечивает атомам достаточную диффузионную кинетическую энергию, устраняет искажение решетки и вызывает благоприятные преобразования как в микроструктуре, так и в механических свойствах.
По вышеуказанным причинам весь холоднокатаный стальной прокат должен подвергаться термообработке отжигом.
Цели и функции отжига
Отжиг – это технологический процесс, при котором стальную полосу нагревают до заданной температуры, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают.
Отжиг холоднокатаных листов — одна из наиболее ответственных процедур термообработки при производстве холоднокатаных стальных полос. В зависимости от марок стали процессы отжига холоднокатаной стальной полосы подразделяются на первичный отжиг, промежуточный отжиг и отжиг готового продукта. Отжиг готового продукта является наиболее широко распространенным процессом. Его основными целями являются устранение внутренних напряжений и наклепа, вызванных холодной прокаткой, а также обеспечение соответствия стальным листам заданным требованиям к механическим свойствам, технологическим свойствам и микроструктуре. Этот тип термообработки обычно называют рекристаллизационным отжигом.
Сравнительные различия между линиями периодического отжига и линиями непрерывного отжига
• Периодический отжиг: Имеет чрезвычайно длительный производственный цикл (десятки часов). Она расположена отдельно от линии травления и правильной линии, но при этом интегрирована в полный процесс производства холодной полосы. Обезжиривание и травление могут выполняться опционально, при этом влияние марок и характеристик стали на общее производство минимально. Он поддерживает гибкое мелко-серийное и организованное производство с использованием одной-печи. Количество печей может быть скорректировано в любое время в зависимости от производительности и изменения сорта продукции. Между промежуточными процессами существуют запасные буферы, что придает им сильную адаптируемость к объему выпуска и разнообразию продукции. Он идеально подходит для много-разнообразного, мелко-серийного и экспериментального производства.
• Непрерывный отжиг: Обладает коротким производственным циклом (несколько минут). Обезжиривание/травление, отжиг и правка объединены в одну унифицированную производственную линию, что обеспечивает высокую эффективность производства. Однако это влечет за собой высокие затраты из-за остановок, вызванных планированием производства и сменой спецификаций и сортов. Он не подходит для слишком широкого охвата характеристик продукции или слишком низкой производительности. Он оптимизирован для производства-больших объемов одного-сорта.
• Периодический отжигСкорость нагрева и охлаждения при отжиге в колпаковой печи низкая, что обеспечивает достаточно времени для выделения карбидов и роста зерен. Этот метод рекристаллизационного отжига способствует образованию блинчатых зерен, которые улучшают характеристики глубокой вытяжки, и позволяет достичь превосходных значений n- и r-. Он обеспечивает удобный контроль свойств при производстве марок стали глубокой-вытяжки и сверх{6}}глубокой-вытяжки и обладает явными преимуществами в этой области.
• Непрерывный отжигОн отличается высокой скоростью нагрева и охлаждения, а также коротким временем выдержки. Для достижения достаточной рекристаллизации и хорошей формуемости к нему предъявляются строгие требования к химическому составу и режиму отжига. По сравнению с изделиями, полученными методом периодического-отжига, изделия из низко-углеродистой стали, изготовленные методом непрерывного отжига, обладают более высокой твердостью, более высокой прочностью и меньшей пластичностью. Этот процесс больше подходит для производства высокопрочной автомобильной стали.
• Периодический отжигВ ходе этого процесса происходит отжиг целых рулонов стали. Неравномерное распределение температуры между внутренним и внешним слоями змеевика легко приводит к его залипанию. Остаточное масло на поверхности полосы улетучивается при нагревании; недостаточное испарение приведет к ухудшению чистоты поверхности (доступны дополнительные процессы обезжиривания и очистки). Он непригоден для производства изделий сверх-тонкой толщины, но не имеет ограничений по производству изделий средней и толстой толщины.
• Непрерывный отжигПолоса подвергается предварительному-обезжириванию и очистке для получения чистой поверхности. Во время разматывания и нагрева стальная полоса сохраняет равномерное распределение температуры, обеспечивая превосходную плоскостность и форму полосы. Этот процесс подходит для производства изделий со строгими требованиями к качеству поверхности и изделий из тонкой-стали.
