1. Dlaczego nie ma jednolitego standardu dotyczącego zawartości ferrytu? Jaki jest jego związek z gatunkiem stali?
Stal-jednofazowa (taka jak stal nisko-węglowa, stal IF): mikrostruktura tego typu stali składa się prawie w 100% z ferrytu. Celem jest wykorzystanie doskonałej odkształcalności ferrytu do produkcji części wymagających głębokiego tłoczenia (takich jak panele drzwi samochodowych, miski olejowe).
Stal-dwufazowa (stal DP): mikrostruktura tego typu stali to ferryt + martenzyt. Zawartość ferrytu wynosi zwykle około 80% ~ 90%, co zapewnia plastyczność; martenzyt stanowi 10% ~ 20%, zapewniając wytrzymałość.
Stal wielofazowa (stal CP) lub stal TRIP: Mikrostruktura jest bardziej złożona i zawiera ferryt, bainit, austenit szczątkowy itp. Zawartość ferrytu waha się od 30% do 70% w zależności od klasy wytrzymałości.
2. Jaka jest odpowiednia zawartość ferrytu w zwykłej stali duplex (stal DP)?
Typowy zakres: w dostępnych na rynku stalach dwu-fazowych udział objętościowy ferrytu zazwyczaj waha się od 50% do 90%. Wraz ze wzrostem stopnia wytrzymałości (np. z DP600 do DP980) zawartość martenzytu wzrasta, a zawartość ferrytu odpowiednio maleje.
Konkretny przypadek: opatentowana technologia pokazuje, że w przypadku-walcowanej na zimno stali-o wysokiej wytrzymałości i wyjątkowo dużej wytrzymałości na rozciąganie, aby uzyskać dobre równomierne właściwości w zakresie wydłużenia i rozszerzania, jej mikrostruktura jest zaprojektowana w następujący sposób: udział objętościowy ferrytu 5% ~ 20%, udział objętościowy odpuszczonego martenzytu 80% ~ 95%. W tym przypadku zawartość ferrytu jest bardzo niska, ponieważ występuje głównie w fazie hartowania, a wytrzymałość gwarantuje martenzyt.
Odpowiedni standard: w stalach dwu-fazowych „odpowiedni” oznacza, że rozkład ferrytu i martenzytu jest równomierny, a faza miękka (ferryt) może skutecznie złagodzić koncentrację naprężeń pomiędzy fazą twardą (martenzyt), unikając wczesnego pękania podczas formowania.
3. Jakie są wymagania dotyczące zawartości ferrytu w stalach nisko-węglowych używanych głównie do formowania (takich jak SPCC i DC01)?
Przy zawartości ferrytu bliskiej 100%: Celem projektowania mikrostruktury tego typu stali jest uzyskanie jak największej ilości ferrytu równoosiowego o odpowiedniej wielkości ziaren. Istnieją normy takie jak GB/T 4335 „Oznaczanie wielkości ziaren ferrytu w-walcowanych na zimno blachach-ze stali węglowej” mające na celu standaryzację określania i oceny wielkości ziaren ferrytu w tego rodzaju stali, a nie ich zawartości, ponieważ zawartość jest domyślną matrycą.
Inne podejście: W przypadku tego typu stali nacisk nie jest kładziony na „ilość” ferrytu, ale raczej na „wielkość i jednorodność” ziaren ferrytu. Dzieje się tak, ponieważ jego odkształcalność (np. wartość r-, wartość n-) jest ściśle związana z wielkością ziaren ferrytu i teksturą krystalograficzną (np. {111} płaską teksturą). Badania wykazały, że walcowanie w obszarze ferrytu może dać grubsze ziarna ferrytu (do 17 μm), skutecznie zmniejszając granicę plastyczności do około 230 MPa i poprawiając odkształcalność na zimno.
4. W jaki sposób zawartość ferrytu wpływa na właściwości mechaniczne-blach stalowych walcowanych na zimno?
Wpływ na wytrzymałość: Wyższa zawartość ferrytu zazwyczaj skutkuje niższą ogólną wytrzymałością materiału (granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie). Dzieje się tak dlatego, że sam ferryt ma niską odporność na dyslokację i łatwo ulega odkształceniom. Stal-o wysokiej wytrzymałości osiąga ją poprzez redukcję ferrytu i zwiększenie zawartości twardej fazy.
Wpływ na plastyczność:
Ogólna tendencja: Wyższa zawartość ferrytu zazwyczaj prowadzi do większego wydłużenia. Dzieje się tak dlatego, że zapewnia wystarczającą przestrzeń odkształcenia i zdolność do utwardzania przez zgniot.
Przypadek szczególny: w przypadku stali TRIP zawierającej austenit szczątkowy jej plastyczność wynika nie tylko z ferrytu, ale także z plastyczności wywołanej przemianą austenitu-(efekt TRIP). W tym przypadku, nawet przy niskiej zawartości ferrytu, można uzyskać wysoką plastyczność.
5. Jak w rzeczywistej produkcji określamy „odpowiednią” zawartość ferrytu?
Docelowa wydajność rozkładu: Najpierw należy jasno określić wymagany poziom wytrzymałości (np. 500 MPa, 800 MPa) i wymagania dotyczące formowania (np. głębokie tłoczenie, rozszerzanie otworów, gięcie) blachy stalowej.
Projekt mikrostruktury: W oparciu o docelową wydajność zaprojektuj docelową mikrostrukturę, stosując zasady metalurgii fizycznej. Przykładowo, aby osiągnąć wytrzymałość na poziomie 980 MPa, może zaistnieć konieczność kontrolowania zawartości ferrytu poniżej 20%, uzupełnionego dużą ilością martenzytu lub bainitu.
Weryfikacja i optymalizacja procesu: Dostosowując skład chemiczny oraz procesy walcowania na gorąco, walcowania na zimno i wyżarzania, uzyskuje się różną zawartość ferrytu. Następnie testuje się odpowiednie właściwości mechaniczne (wytrzymałość, wydłużenie, wartość n-, wartość r-, współczynnik rozszerzalności otworu itp.) w celu ustalenia zgodności między „wydajnością-mikrostruktury- procesu”.
Ocena końcowa: Kiedy kompleksowe działanie (wytrzymałość, plastyczność, wytrzymałość, odkształcalność) przy określonej zawartości ferrytu osiąga optymalne dopasowanie i spełnia wymagania klienta dotyczące użytkowania, zawartość ta jest uważana za „odpowiednią”. Na przykład badania wykazały, że gdy stopień redukcji walcowania na zimno wynosi 60%, zawartość austenitu w określonej stali ferrytycznej δ- osiąga maksymalną wartość 61%, w którym to momencie produkt wytrzymałościowy-plastyczności jest najwyższy, a wydajność jest najlepsza.