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超細(xì)晶粒剛的技術(shù)之控制軋制
控制軋制作為形變熱處理工藝的典型實(shí)例,獲得了人們廣泛的關(guān)注。經(jīng)典的控制軋制分為奧氏體再結(jié)晶控制軋制(又稱(chēng)為Ⅰ型控軋)、奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制(又稱(chēng)為Ⅱ型控軋)和γ+α兩相區(qū)控制軋制(又稱(chēng)Ⅲ型控軋)。
實(shí)際的控制軋制一般采用上述幾種方式的組合,可將其分為三個(gè)階段:
第一階段是在奧氏體再結(jié)晶區(qū)變形,經(jīng)再加熱的粗大奧氏體晶粒在軋制過(guò)程中反復(fù)再結(jié)晶得到細(xì)化,但最終經(jīng)相變得到的鐵素體仍較粗大;
第二階段是在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)變形,奧氏體經(jīng)變形后變得“扁平”,在未再結(jié)晶奧氏體晶粒中形成變形帶,轉(zhuǎn)變的鐵素體在變形帶和奧氏體晶界形核從而使晶粒細(xì)化;
第三階段是在γ+α兩相區(qū)變形,延續(xù)第二階段同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)變形的鐵素體,形成亞結(jié)構(gòu),獲得亞晶強(qiáng)化效果。每個(gè)階段發(fā)生的奧氏體組織變化見(jiàn)圖1。
奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制可通過(guò)鐵素體晶粒細(xì)化和微合金碳氮化合物的沉淀強(qiáng)化使高強(qiáng)度低合金鋼達(dá)到需要的性能。在采用這種工藝生產(chǎn)的鋼中需要加入Nb以提高奧氏體未再結(jié)晶溫度,并且需要降低N含量(小于40ppm)。雖然通過(guò)這種工藝生產(chǎn)的HSLA鋼可以得到優(yōu)良的性能,但將軋件冷卻到低溫再進(jìn)行軋制,需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間,降低了生產(chǎn)效率,同時(shí)軋機(jī)的負(fù)荷加大,而采用再結(jié)晶區(qū)控制軋制工藝可以克服以上缺點(diǎn)。
在再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí),人們企圖保持在適當(dāng)?shù)偷臏囟?900℃~10O0℃)終軋以產(chǎn)生細(xì)小靜態(tài)再結(jié)晶奧氏體組織,因而采用以下措施:
l)在再結(jié)晶區(qū)的較低溫度大壓下量終軋;
2)限制在終軋溫度和Ar3之間連續(xù)冷卻時(shí)的晶粒長(zhǎng)大,如利用TiN釘扎晶界和終軋后立即強(qiáng)制冷卻對(duì)細(xì)化再結(jié)晶奧氏體晶粒都是有效的。為了在改善鋼材力學(xué)性能的同時(shí)提高生產(chǎn)效率,已開(kāi)發(fā)出Nb-Ti鋼再結(jié)晶區(qū)控制軋制工藝,再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為980℃。研究表明,在0.l%C~1.3Mn鋼中復(fù)合添加Nb-Ti進(jìn)行微合金化時(shí),微合金碳氮化物可有效地阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒的粗化和再結(jié)晶區(qū)軋制后的奧氏體晶粒長(zhǎng)大。采用再結(jié)晶控軋工藝(RCR)與采用傳統(tǒng)的控軋控冷工藝方法(TMCR)生產(chǎn)的鋼材力學(xué)性能相當(dāng),如表1所示。表1 傳統(tǒng)TMCR鋼材和再結(jié)晶區(qū)控軋鋼材的性能對(duì)比控制冷卻軋后控制冷卻是控制軋制的進(jìn)一步發(fā)展、完善的形式。
采用軋后控制冷卻,在不犧牲鋼材韌性的情況下,可使強(qiáng)度進(jìn)一步提高?刂评鋮s過(guò)程是通過(guò)控制軋后三個(gè)不同冷卻階段的工藝參數(shù),來(lái)得到不同的相變組織。這三個(gè)階段稱(chēng)為一次冷卻、二次冷卻和三次冷卻。
一次冷卻是指終軋溫度到Ar3溫度范圍內(nèi)的冷卻,其目的是控制熱變形后的奧氏體晶粒狀態(tài),阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大和碳化物析出,固定由于變形引起的位錯(cuò),增大過(guò)冷度,降低相變溫度,為γ→α相變作準(zhǔn)備,一次冷卻的開(kāi)冷溫度越接近終軋溫度,細(xì)化奧氏體晶粒和增大有效晶界面積的效果越明顯。
二次冷卻是指鋼材經(jīng)一次冷卻后進(jìn)人由奧氏體向鐵素體相變和碳化物析出的相變階段,控制相變開(kāi)始冷卻溫度,冷卻速度和終止溫度等,通過(guò)控制這些參數(shù),達(dá)到控制相變產(chǎn)物的目的。
三次冷卻或空冷是指對(duì)相變結(jié)束到室溫這一溫度區(qū)間的冷卻速度的控制。從80年代初開(kāi)始,世界各發(fā)達(dá)國(guó)家在熱軋鋼生產(chǎn)線(xiàn)上陸續(xù)采用了軋后加速冷卻這一先進(jìn)技術(shù)。
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