钢材在塑性加工过程中除了获得所需的最终形状和尺寸外,同时根据使用的要求控制其内在组织结构的演变以获得所期望的优良性能的工艺过程。钢材的性能主要取决于钢的内在组织结构,而组织结构又取决于钢的化学成分和生产工艺。根据用途不同,对钢材性能的要求也各异,能在加工过程中控制的几种有代表性的性能是:强韧性能(见强韧性控制),电磁性能,冲压性能,拉拔性能,热强性能和疲劳性能。
一、拉拔性能的控制
拉拔是压力加工技术领域中一种重要的生产方法,用得最多的是将热轧盘条(线材)拉拔(一般冷拉,还有温拔)成钢丝(见金属丝拉拔)。在钢的成分和冶炼质量已定的条件下,为了改善钢的拉拔性能,关键是对拉丝原料(盘条)的性能在热加工生产过程中加以控制。好的拉拔性能表现在线材(分低碳、中碳、高碳以及合金钢等)的金相组织上,根据钢的成分通常要求:晶粒细小、均匀;珠光体球团化和片层薄(≤0.3pm),最好索氏体化(片层间距约0.1gm);晶间没有网状碳化物。这样的线材拉拔时不易断裂,断面减缩率高,中间软化退火次数减少。为此,线材轧后成卷时,在高温终轧后(约1000℃)快速水冷(如300℃/s),冷到相变区(如500~700℃),然后空冷成卷。如此控制这不仅能改善钢的显微组织,而且使卷的中心圈和外圈的温度均匀,氧化铁皮也减少,经酸洗后表面光滑,这均能提高钢的拉拔性能。
中国一些线材厂,对φ6.5mm的65钢硬线轧后采用湍流管冷却器穿水冷却,由于晶粒度提高1~2级,截面外层珠光体呈索氏体化,特别是通条组织均匀,表面氧化铁皮减少8.5~10kg/t,拉拔性能大为提高,可234由φ6.5mm一次生拉至φ3.2~φ2.46mm,并可节能和减少生产工序。
二、热强性能的控制
高温合金、耐热钢等热强金属材料是现代航天航空发动机以及原子能、石油化工等各方面不可缺少的金属材料。热强性能是热强金属材料的重要指标。它包括高温蠕变极限、高温持久极限、高温疲劳极限以及在高温下的屈服极限和强度极限等。因此要求材料在不同高温和复杂受力条件下具有特殊抵抗塑性变形和断裂的能力(见高温合金塑性加工)。一般在高温和应力作用下,由于有蠕变现象产生,晶界结构对强度的影响不同于在常温下,其表现行为是:(1)随温度升高,原子或空位以较大的速度进行扩散,使晶界变成薄弱地带;(2)晶粒沿晶界产生粘滞流动,随变形速率的降低,蠕变加速。因此在高温和一定的变形速率时粗晶材料比细晶材料由于单位体积的晶界面积小,所以容易产生断裂的机遇少,因而有更大的高温强度。但是粗晶材料的塑性低,抗疲劳能力差,又因晶界少,夹杂较集中,抗氧化和腐蚀能力相对减弱。总之,根据具体工作条件和合金成分,应使热强金属材料在加工过程中获得适宜的晶粒级别。热强金属有再结晶温度高、再结晶速度低以及硬化倾向大的特点,这些特点决定了轧制时终轧温度应较高(950~1000℃),否则,再结晶不完善,晶粒大小不均和产生带状,并导致强化相析出,出现明显的多相组织,热强性能将恶化。另外,轧制时应有大的变形程度,避开小的引起个别晶粒长大的临界变形量以及固溶处理时严禁使用导致部分晶粒开始迅速长大的临界温度。
三、疲劳性能的控制
疲劳的种类和影响疲劳性能的因素很多。塑性加工过程中通过对组织的控制从而达到提高钢材耐疲劳性能的典型钢种即轴承钢。滚动轴承钢用来制造各类滚动轴承套圈和滚动体。轴承工作转动时它们承受很高的交变应力,因此除了要求有高的耐磨性和抗压强度外,还必须具备高的抗接触疲劳性能。由加工控制轴承钢疲劳性能表现在钢的组织结构上,主要是尽可能抑制渗碳体在晶界析出,而使其球化。为此在热加工过程中,轴承钢锭一般要求1250℃左右高温加热,进行长时间扩散退火,以改善碳化物偏析。但对钢坯加热温度不宜过高、时间不宜过长,并控制炉内气氛,以免严重脱碳。热轧时变形量宜大,终轧温度控制在950℃以上,不宜过低,一则利用完全再结晶而细化奥氏体晶粒,另外避免低温变形,防止网状碳化物沿晶界析出。轧后必须快冷,以10℃/s左右的速度冷到550℃左右为止。这不仅能抑制网状碳化物,而且可获得索氏体组织,由此可使后部退火工序的球化时间比普通退火时间缩短1/3~1/4,并能提高轴承寿命1.5倍以上。
——本文摘自《钢铁百科》