1. Zakaj hitrost ohlajanja vpliva na trdoto hladno valjanih zvitkov? Kaj je temeljno načelo?
Produkti fazne transformacije se razlikujejo: pri počasnem ohlajanju imajo atomi dovolj časa za difuzijo in tvorijo ferit in perlit (mehke faze); pri izredno hitrem ohlajanju atomi nimajo dovolj časa za difuzijo, kar ima za posledico ne-difuzijsko fazno transformacijo, ki tvori martenzit (trda faza). Martenzit je prenasičena trdna raztopina z velikim popačenjem mreže in visoko gostoto dislokacij, zato ima izjemno visoko trdoto.
Morfologija karbida je drugačna: pri nizko{0}}ogljičnem jeklu hitro ohlajanje prepreči, da bi se ogljikovi atomi popolnoma strdili in tvorili fin cementit ali prenasičene trdne raztopine, ki zagotavljajo disperzijsko ojačitev; počasno ohlajanje povzroči grobe karbide in zadostno mehčanje.
Velikost zrn: Hitro ohlajanje zavira rast zrn, kar ima za posledico drobnejša zrna (okrepitev drobnih zrn, rahlo povečana trdota); počasno ohlajanje povzroči groba zrna in zmanjšano trdoto.
2. Kako stopnja hlajenja posebej vpliva na trdoto pri navadnem hladno valjanem -zvitku iz navadnega nizko{1}}ogljičnega jekla (kot sta SPCC in DC01)?
Počasno hlajenje peči (izjemno počasna hitrost hlajenja, npr<30℃/h): This results in coarse ferrite + coarse lamellar pearlite, with large grains. The hardness is lowest at this stage, with HRB typically between 35 and 50 (completely softened).
Zračno hlajenje (srednja hitrost hlajenja): Posledica tega je fin ferit + fin lamelni perlit (sorbit). Zaradi prečiščenosti zrn in zmanjšanega medlamelarnega razmika perlita se trdota poveča in potencialno doseže 55-65 HRB.
Zračno hlajenje ali hlajenje z razprševanjem (relativno hitra stopnja hlajenja): če je hitrost hlajenja dovolj hitra, lahko na nekaterih območjih nastane bainit ali dislokacijski ferit z visoko-gostoto, kar dodatno poveča trdoto; HRB lahko preseže 70.
Izjemno hitro ohlajanje (kaljenje): Če ga kalimo neposredno z vodo, se bo oblikoval martenzit, trdota pa bo narasla nad HRC 30 (pretvorba v HRB je zaradi izjemne trdote nesmiselna).
3. Kako lahko hitrost ohlajanja uporabimo za nadzor trdote jekla z visoko -trdnostjo (kot je jeklo DP) na proizvodni liniji za neprekinjeno žarjenje?
Cilj: Pridobiti dvo{0}}fazno mikrostrukturo mehkega ferita + trdega martenzita, doseči nizko mejo tečenja, visoko natezno trdnost in dobro obdelovalno utrjevanje.
Nadzor procesa: Jeklena pločevina se segreje na dvo-fazno območje (približno 770~830 stopinj) v območju žarjenja, na kateri točki je mikrostruktura ferit + avstenit.
Ključni korak: Nato je treba uporabiti izjemno hitro hlajenje (ultra{0}}hitro hlajenje), običajno nad 30 stopinj/s in celo nad 100 stopinj/s.
Mehanizem: Ta hitra hitrost ohlajanja zadošča za zaviranje transformacije avstenita v perlit ali bainit, zaradi česar se spremeni v martenzit pri nižji temperaturi.
Rezultat trdote: če hitrost ohlajanja ni dovolj hitra, bo nastal perlit ali bainit, kar bo povzročilo nezadostno natezno trdnost in trdoto v končnem izdelku, zaradi česar ni primeren za dvo{0}}fazno jeklo. Zato hitrost ohlajanja neposredno določa delež trde faze (martenzita) in končno trdoto v DP jeklu.
4. Katere druge negativne učinke lahko poleg povečane trdote povzroči prehitro ohlajanje?
Povečana krhkost: Če je hitrost ohlajanja prehitra, kar vodi do čezmerne tvorbe martenzita, se bo plastičnost materiala močno zmanjšala, raztezek bo padel in razpoke bodo nastale neposredno med vtiskovanjem.
Napake v obliki pločevine (valovitost/zvitost): Izjemno hitro hlajenje (zlasti kaljenje z vodo ali močno hlajenje s curkom) ustvarja ogromno toplotno obremenitev v traku. Neenakomerno hlajenje lahko povzroči zapletene težave z obliko lista (kot je valovitost robov, sredinska valovitost).
Tveganje staranja: Če hitremu ohlajanju ne sledi ustrezna obdelava staranja, se bodo pri nekaterih vrstah jekla med poznejšim shranjevanjem ali barvanjem pri sobni temperaturi oborili raztopljeni atomi ogljika, kar bo povzročilo povečano trdoto in zmanjšano žilavost (naravno staranje).
Nekonsistentna zmogljivost: Pri zvončastem žarjenju je hitrost ohlajanja jeklene tuljave hitrejša na robovih in počasnejša v jedru. Ta razlika v hitrosti hlajenja neposredno povzroči neenakomerno trdoto po celotni tuljavi (trši robovi, mehkejše jedro), kar vpliva na doslednost nadaljnje obdelave s strani uporabnika.
5. Kako v dejanski proizvodnji oblikujemo postopek hlajenja na podlagi ciljne trdote?
Določite ciljno zmogljivost: najprej razjasnite razpon trdote, ki jo zahteva stranka (npr. zahteva mehak material s HRB 45-55 ali jeklo visoke trdnosti z natezno trdnostjo 780MPa).
Poizvedba po krivulji CCT (prehodna krivulja neprekinjenega hlajenja): Za posebne vrste jekla si oglejte njihove krivulje CCT. Ta krivulja procesnim inženirjem jasno pove: pri kakšni hitrosti hlajenja, kakšno mikrostrukturo bomo pridobili in približno trdoto.
Izberite način hlajenja:
Za najmehkejše (globoko vlečenje) izberite izredno počasno hlajenje (npr. počasno hlajenje v zvonasti peči ali zračno hlajenje po zadrževanju).
Za zmerno trdoto (navadno žigosanje) izberite nadzorovano hlajenje (oddelek počasnega hlajenja v neprekinjeni liniji za žarjenje).
Za visoko trdnost (DP jeklo, MS jeklo) izberite hitro hlajenje + natančno nad-staranje.
Preverjanje in prilagoditev: po proizvodnji izvedite testiranje trdote in metalografsko analizo, da potrdite, da je hitrost hlajenja dosegla projektni cilj. Če je trdota previsoka, pomeni, da je hitrost ohlajanja prehitra, zato je treba hitrost ohlajanja zmanjšati ali povečati-temperaturo/čas staranja; če je trdota prenizka (-jeklo visoke trdnosti ne ustreza standardu), to pomeni, da je hitrost hlajenja nezadostna in je treba hladilno zmogljivost povečati.