1. Jaký je základní princip toho, jak obsah uhlíku ovlivňuje tvrdost za studena-válcovaných svitků?
Zpevnění pevného roztoku: Atomy uhlíku existují jako intersticiální pevné roztoky v intersticiální mřížce feritu (-Fe). Protože atomy uhlíku jsou mnohem menší než atomy železa, deformují železnou mřížku, vytvářejí lokalizovaná pole napětí a brání pohybu dislokací. Tato deformace mřížky zvyšuje odolnost materiálu vůči plastické deformaci, což má za následek zlepšenou tvrdost a pevnost.
Fázová transformace a stanovení mikrostruktury: Obsah uhlíku určuje mikrostrukturu oceli:
Nízkouhlíková ocel (C < 0,25 %): Mikrostruktura je převážně feritová s malým množstvím perlitu. Ferit sám o sobě je relativně měkký, což má za následek nízkou celkovou tvrdost.
Středně uhlíková ocel (C 0,25%~0,6%): Zvyšuje se podíl perlitu. Perlit je vrstvená směs feritu a cementitu (Fe₃C, extrémně tvrdá sloučenina), s tvrdostí mnohem vyšší než ferit.
Ocel s vysokým obsahem uhlíku (C > 0,6 %): V mikrostruktuře se objevuje více cementitu, dokonce tvoří síť nebo zrnité karbidy, což výrazně zvyšuje tvrdost.
2.Existuje kvantitativní vztah mezi obsahem uhlíku a tvrdostí za studena-válcovaných svitků?
Empirický vzorec: U za tepla-válcované nebo žíhané uhlíkové oceli má pevnost v tahu (úměrná tvrdosti) zhruba lineární vztah s obsahem uhlíku.
Aditivní efekt pracovního zpevnění válcováním za studena: U svitků válcovaných za studena- závisí tvrdost nejen na obsahu uhlíku, ale také na rychlosti snížení válcování za studena. Hustota dislokace se prudce zvyšuje během válcování za studena, což má za následek mechanické zpevnění.
Kvantitativní trend: Při stejné míře snížení válcování za studena vede zvýšení obsahu uhlíku o 0,1 % obvykle k významnému zvýšení tvrdosti (např. HRB nebo HV) (např. HV se může zvýšit o 20-40 bodů). Avšak v oblasti s vysokým obsahem uhlíku má rychlost nárůstu tvrdosti tendenci se zplošťovat v důsledku přítomnosti křehkých fází v mikrostruktuře.
Vliv popouštění: U ocelí válcovaných za studena, žíhaných nebo popouštěných- se změna tvrdosti s obsahem uhlíku mění v závislosti na teplotě popouštění a chování srážení karbidů.
3. Jaké jsou rozdíly v typických hodnotách tvrdosti a aplikačních scénářích pro svitky válcované za studena- s různými rozsahy obsahu uhlíku?
Ultra-nízkouhlíková ocel: Méně než nebo rovna 0,01 % (např. IF ocel), používaná v automobilových panelech karoserií (dveře, kapoty) a složitých hlubokotažných-dílech.
Nízkouhlíková ocel: 0,02 %~0,15 % Používá se pro kryty zařízení, obecné lisované díly a pocínované -pokovené substráty.
4.Jak samotný proces válcování za studena změní původní tvrdost určenou obsahem uhlíku?
Rozdíly v rychlosti zpevňování:
Nízkouhlíková ocel: Relativně nízká kapacita mechanického kalení. Přestože se tvrdost po válcování za studena zvyšuje, rychlost kalení je pomalá.
Vysoce uhlíková ocel: Extrémně vysoká rychlost mechanického kalení. Vzhledem k velkému množství perlitu a karbidů, které jsou již přítomny v počáteční mikrostruktuře, je pohyb dislokace vážněji bráněn během válcování za studena, což má za následek prudké zvýšení tvrdosti se zvyšující se rychlostí redukce a je pravděpodobnější, že dosáhne nasycení.
Aditivní efekt konečné tvrdosti:
Konečná tvrdost za studena-válcovaného svitku ≈ (matricová tvrdost určená obsahem uhlíku) + (zpevnění za studena přispěje snížením rychlosti válcování za studena).
For example: A low-carbon steel cold-rolled coil (such as SPCC) with a large reduction rate (>50 %) může mít tvrdost (např. HRB 85) vyšší než tvrdost žíhané středně uhlíkové oceli (např. žíhaná ocel 45# HRB 80). Proto lze tvrdost upravit v určitém rozsahu procesem válcování za studena, aby vyhovovala různým aplikačním požadavkům.
5.Jak lze ve výrobě nebo aplikaci upravit obsah uhlíku a proces podle požadavků na tvrdost?
Design složení:
Cílová-orientace: Pokud konečný produkt vyžaduje extrémně vysokou tvrdost (např. pás z pružinové oceli), musí být vybrána vysoce-uhlíková ocel (např. 65Mn, C75S), protože samotné mechanické zpevnění nemůže zvýšit tvrdost nízkouhlíkové-oceli na požadovanou úroveň.
Cílová plasticita: Je-li požadována vynikající tvarovatelnost (např. hluboké tažení), musí být zvolena ultra-nízká{3}}uhlíková nebo nízko{4}}uhlíková ocel, protože žíhání nemůže eliminovat ztrátu plasticity způsobenou vysokým obsahem uhlíku.
Procesní kompenzace:
Kompenzace kolísání obsahu uhlíku: Pokud se u procesů kontinuálního žíhání nebo zvonového -typu žíhání zjistí, že teplo má příliš vysoký obsah uhlíku (vedoucí k nadměrně vysoké tvrdosti), lze teplotu žíhání vhodně zvýšit nebo prodloužit dobu výdrže, aby se tvrdost snížila na cílový rozsah změkčením (rekrystalizace a sféroidizace).
Mechanické vlastnosti temperování: U středně- a vysoko{1}}uhlíkových ocelí se někdy nesleduje nejměkčí stav; místo toho se specifická perlitická morfologie (např. sorbit) získá „kritickým žíháním" nebo „izotermickým žíháním", aby se vyrovnala tvrdost a houževnatost.
Běžné mylné představy při posuzování kvality: Je důležité si uvědomit, že tvrdost za studena válcovaných-svitků nelze jednoduše odvodit pouze z obsahu uhlíku. Při stejném obsahu uhlíku se může konečná tvrdost značně lišit v důsledku různých redukčních rychlostí válcování za studena a procesů žíhání. Uživatelé proto musí při používání materiálu věnovat pozornost jak třídě materiálu (odpovídající rozsahu obsahu uhlíku), tak stavu dodávky (žíhaný, 1/4 tvrdý, 1/2 tvrdý, plně tvrdý atd.).