1. Какъв е основният принцип зад това как съдържанието на въглерод влияе върху твърдостта на студено{1}}валцуваните рулони?
Укрепване на твърдия разтвор: Въглеродните атоми съществуват като интерстициални твърди разтвори в интерстициалната решетка на ферит (-Fe). Тъй като въглеродните атоми са много по-малки от железните атоми, те изкривяват желязната решетка, генерирайки локализирани полета на напрежение и възпрепятствайки движението на дислокациите. Това изкривяване на решетката увеличава устойчивостта на материала на пластична деформация, което води до подобрена твърдост и здравина.
Фазова трансформация и определяне на микроструктурата: Съдържанието на въглерод определя микроструктурата на стоманата:
Стомана с ниско съдържание на въглерод (C < 0,25%): микроструктурата е предимно феритна с малко количество перлит. Самият ферит е относително мек, което води до ниска обща твърдост.
Средно въглеродна стомана (C 0,25% ~ 0,6%): Делът на перлит се увеличава. Перлитът е слоеста смес от ферит и цементит (Fe₃C, изключително твърдо съединение), с твърдост, много по-висока от ферита.
Стомана с високо съдържание на въглерод (C > 0,6%): В микроструктурата се появява повече циментит, дори образувайки мрежа или гранулирани карбиди, значително увеличавайки твърдостта.
2. Има ли количествена връзка между съдържанието на въглерод и твърдостта на студено валцуваните рулони?
Емпирична формула: За горещовалцована или отгрята въглеродна стомана якостта на опън (пропорционална на твърдостта) има грубо линейна връзка със съдържанието на въглерод.
Допълнителен ефект от втвърдяването при студено валцуване: За студеновалцуваните рулони твърдостта зависи не само от съдържанието на въглерод, но и от скоростта на намаляване на студеното валцуване. Плътността на дислокациите се увеличава рязко по време на студено валцуване, което води до втвърдяване при работа.
Количествена тенденция: При същата скорост на намаляване на студеното валцуване, 0,1% увеличение на въглеродното съдържание обикновено води до значително увеличение на твърдостта (напр. HRB или HV) (напр. HV може да се увеличи с 20-40 точки). Въпреки това, в диапазона с високо съдържание на въглерод, скоростта на увеличаване на твърдостта има тенденция да се изравнява поради наличието на крехки фази в микроструктурата.
Ефект на закаляване: При студено{0}}валцувани, закалени или темперирани стомани промяната в твърдостта с въглеродно съдържание варира в зависимост от температурата на закаляване и поведението на утаяване на карбид.
3. Какви са разликите в типичните стойности на твърдост и сценариите на приложение за студеновалцовани рулони с различни диапазони на въглеродно съдържание?
Изключително{0}}нисковъглеродна стомана: По-малко или равно на 0,01% (като IF стомана), използвана в автомобилни каросерийни панели (врати, капаци) и сложни дълбоко{2}}изтеглени части.
Стомана с ниско съдържание на въглерод: 0,02%~0,15% Използва се за корпуси на уреди, общи щамповани части и калаени -субстрати.
4. Как самият процес на студено валцуване променя първоначалната твърдост, определена от съдържанието на въглерод?
Разлики в степента на втвърдяване при работа:
Стомана с ниско съдържание на въглерод: Относително нисък капацитет на работно втвърдяване. Въпреки че твърдостта се увеличава след студено валцуване, скоростта на втвърдяване е бавна.
Високовъглеродна стомана: Изключително висока степен на втвърдяване. Поради голямото количество перлит и карбиди, които вече присъстват в първоначалната микроструктура, движението на дислокациите е по-силно възпрепятствано по време на студено валцуване, което води до рязко увеличаване на твърдостта с увеличаване на скоростта на редукция и е по-вероятно да достигне насищане.
Допълнителен ефект на крайната твърдост:
Крайната твърдост на студено{0}}валцована рулона ≈ (твърдост на матрицата, определена от съдържанието на въглерод) + (втвърдяване при работа, допринесено от степента на намаляване на студеното валцуване).
For example: A low-carbon steel cold-rolled coil (such as SPCC) with a large reduction rate (>50%) може да има твърдост (напр. HRB 85), надвишаваща тази на загрята средно въглеродна стомана (напр. загрята 45# стомана HRB 80). Следователно, твърдостта може да се регулира в определен диапазон чрез процеса на студено валцуване, за да отговори на изискванията на различни приложения.
5. При производство или приложение, как съдържанието на въглерод и процеса могат да бъдат коригирани според изискванията за твърдост?
Композиционен дизайн:
Целеви-Ориентирани: Ако крайният продукт изисква изключително висока твърдост (напр. лента от пружинна стомана), трябва да се избере високо-въглеродна стомана (напр. 65Mn, C75S), тъй като само закаляването при работа не може да повиши твърдостта на ниско-въглеродната стомана до необходимото ниво.
Целева пластичност: Ако се изисква отлична формоспособност (напр. дълбоко изтегляне), трябва да се избере ултра{2}}ниско-въглеродна или ниско-въглеродна стомана, тъй като отгряването не може да елиминира загубата на пластичност, причинена от високото съдържание на въглерод.
Компенсация на процеса:
Компенсация на флуктуацията на съдържанието на въглерод: При непрекъснато отгряване или процеси на отгряване тип камбана, ако се установи, че дадена топлина има прекалено високо съдържание на въглерод (което води до прекалено висока твърдост), температурата на отгряване може да бъде подходящо увеличена или времето на задържане да се удължи, за да се намали твърдостта до целевия диапазон чрез омекване (рекристализация и сфероидизация).
Закаляване на механичните свойства: За средно{0}} и високо-въглеродни стомани понякога не се преследва най-мекото състояние; вместо това се получава специфична перлитна морфология (напр. сорбит) чрез "критично отгряване" или "изотермично отгряване", за да се балансира твърдостта и якостта.
Често срещани погрешни схващания при оценката на качеството: Важно е да се отбележи, че твърдостта на студеновалцуваните рулони не може да бъде просто изведена само от съдържанието на въглерод. При едно и също въглеродно съдържание, крайната твърдост може да варира значително поради различните степени на намаляване на студеното валцуване и процесите на отгряване. Следователно потребителите трябва да обърнат внимание както на степента на материала (съответстваща на обхвата на въглеродното съдържание), така и на състоянието на доставката (закален, 1/4 твърд, 1/2 твърд, напълно твърд и т.н.), когато използват материала.