1.Hvordan defineres kornstørrelse? Hva er den typiske kornstørrelsen for kald-valsede stålplater?
Kornstørrelse refererer til størrelsen på de enkelte små krystallene (kornene) i en polykrystallinsk struktur av et metall. Det uttrykkes vanligvis som gjennomsnittlig kornstørrelse og kan observeres ved hjelp av et metallografisk mikroskop og vurderes i henhold til standarder som ASTM E112.
For kaldvalsede-ruller (spesielt glødede produkter) er kornstørrelsesområdet omtrent som følger:
Vanlig kornstørrelse: De fleste kommersielt tilgjengelige kaldvalsede-plater har en kornstørrelse mellom ASTM-gradene 7 og 10. Omregnet til gjennomsnittlig diameter er dette omtrent 30 mikrometer (0,030 mm) til 10 mikrometer (0,010 mm).
Ultra-finkornet: Noen høy-stål, gjennom mikrolegering og kontrollert valsing og avkjøling, kan ha korn raffinert til ASTM-grad 12 eller høyere (< 5 micrometers).
Coarse Grain: If the annealing temperature is too high or the annealing time is too long, the grains can grow to below ASTM grade 5 (>60 mikrometer), en situasjon som generelt unngås i industriell produksjon.
2.Hvilken effekt har kornstørrelse på overflatekvaliteten under stempling?
Formasjonsmekanisme: Når kornstørrelsen er stor, blir anisotropien til hvert korn (ulike deformasjonsevner i forskjellige retninger) mer fremtredende. Under stempling er den makroskopiske ensartede deformasjonen faktisk et resultat av den koordinerte deformasjonen av utallige korn. Hvis kornene er for grove, er antallet korn som deltar i deformasjonen relativt lite, og deformasjonsoppførselen til hvert korn vil reflekteres på den makroskopiske overflaten.
Resultat: Under stress viser korn med ulik orientering varierende grad av glidning, noe som fører til mikroskopiske ujevnheter på deloverflaten, kjent som appelsinskalleffekten. Dette påvirker ikke bare det estetiske utseendet, men forblir også synlig etter maling, og kan i alvorlige tilfeller bli spenningskonsentrasjonspunkter som induserer sprekker.
Generelle krav: For utvendige karosseripaneler til biler (som dører og panser) med ekstremt høye overflatekvalitetskrav, kreves det vanligvis at kornstørrelsen er relativt liten, vanligvis kontrollert til ASTM-grad 7-8 eller finere.
3.Hva er effekten av for fine eller grove korn på styrken og plastisiteten (forlengelsen) til et materiale?
For fine korn (f.eks. ASTM klasse 12 og høyere):
Styrke (↑): Tallrike korngrenser hindrer dislokasjonsbevegelsen alvorlig, noe som resulterer i betydelig økt flytestyrke og strekkstyrke.
Plastisitet (↓): Mens fine korn kan forbedre både styrke og seighet, fører for fine korn til for hurtig arbeidsherding. Under støping utviser materialet høy motstand mot deformasjon, noe som lett forårsaker formslitasje og kraftig tilbakefjæring, noe som gjør det vanskelig å forme. For deler som krever kompleks støping, er for fine korn faktisk skadelig.
Middels kornstørrelse (f.eks. ASTM grad 7–9):
Ideell balanse: Tilstrekkelig styrke for å forhindre deformasjon under bruk, sammen med god plastisitet (forlengelse) og lavt flyteforhold, som letter stemplingen.
For grove korn (f.eks. ASTM klasse 5 og lavere):
Styrke (↓): Færre korngrenser reduserer motstanden mot dislokasjonsbevegelser, noe som resulterer i et mykere materiale (lavere flytegrense).
Plastisitet (↓): Selv om forlengelsen kanskje ikke er lav på strekkkurven, er evnen til å deformere lokalt dårlig. Når grove-kornede materialer utsettes for stress, har deformasjonen en tendens til å konsentrere seg om noen få myke-orienterte korn, noe som fører til tidlig halsdannelse og sprekker, dvs. en reduksjon i jevn forlengelse.
4. For dyptrekking (som produksjon av drikkebokser og biloljepanner), er det noen spesielle krav til kornstørrelse?
Absolutte dimensjonskrav: Dyp-trekkstål (som IF-stål, interstitielt stål) krever vanligvis passende grove korn (men aldri så grove at de gir en appelsinskalleffekt). For eksempel er kornstørrelsen på ekstra-dyp-kaldvalsede-plater ofte kontrollert til rundt ASTM-grad 6-7. Dette er fordi passende grovere korn gir bedre plastisitet, lavere flytestyrke og er mer befordrende for materialflyt i dysen.
Enhetens avgjørende rolle: Dyptrekking er mest sårbar for blandede korn (dvs. en blanding av store og små korn).
Hvis materialet inneholder både ASTM grad 5 grove korn og ASTM grad 9 fine korn, vil deformasjonen være ekstremt ujevn. Fine-kornede områder har høy styrke og er vanskelige å deformere, mens grove-kornede områder har lav styrke og er lette å deformere.
Under de intense spenningsforholdene ved dyptrekking vil denne inhomogeniteten raskt føre til overdreven lokal tynning, og til slutt forårsake sprekker ved de grove-kornede grensene eller i de grove-kornede områdene. Derfor har metallografisk inspeksjon av dyp-trekkende kaldvalsede-plater strenge krav til kornstørrelsesvariasjoner.
5.I faktisk produksjon, hvordan kan vi oppnå den ideelle kornstørrelsen gjennom prosesskontroll?
Kaldvalsereduksjon: Jo større kaldvalsedeformasjon, desto alvorligere blir kornbrudd, jo høyere er lagret energi, og jo større drivkraft for rekrystallisering. Dette resulterer vanligvis i finere korn etter omkrystallisering. Hvis reduksjonen er for liten, er drivkraften utilstrekkelig, noe som lett kan føre til at det dannes grove korn.
Glødetemperatur og tid (mest kritisk):
Lav temperatur, kort tid: Rekrystalliseringen er nettopp fullført, og kornene er veldig fine.
Høy temperatur, lang tid: Kornvekst oppstår (kornoppslukningsmekanisme). For å oppnå korn av en bestemt størrelse kreves det nøyaktig kontroll av oppvarmingstemperatur og holdetid i en kontinuerlig glødelinje eller klokkeovn.
Legeringselementer og andre-fasepartikler:
Tilsetning av mikrolegeringselementer (som Nb, Ti) danner fine karbonitridpartikler som fungerer som "spiker" forankring ved korngrenser, og forhindrer effektivt kornvekst. Selv med høyere glødetemperaturer kan fine korn oppnås. Dette er grunnlaget for å produsere fint-kornet høy-stål.
For dyp-trekkstål må disse utfellingene kontrolleres for å unngå for stor hindring av kornvekst, for å oppnå passende grove korn med god formbarhet.
Utjevning (avkjøling og temperering): Den siste prosessen-utjevning-, mens den primært er rettet mot å forbedre formen og eliminere utbytteplatåer, introduserer også et lite antall dislokasjoner i kornene, finjusterer-den endelige ytelsen, men endrer vanligvis ikke kornstørrelsen nevneverdig.