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1、普通低碳铁素体-珠光体钢,4.1引言,4.2普通碳素钢的分类,4.3冷形变成型性及其用钢,4.3.1冷形变成型用钢的性能要求,4.3.2深冲成型性, 4.3.3膨胀成型性, 4.3.4钢的冷形变成型加工组织和合金化设计,结束语,4.1 引言,普通低碳铁素体-珠光体钢广泛地应用于各类工程构件，所以它的需求量大，用途广泛。 工程构件一般经过冷轧、退火，最后冷形变加工而成型。因此钢材的冷形变成型性在性能上处于矛盾的主要方面。钢的冷形变成型性与组织的织构有关，而组织的织构又进一步取决于成分的设计。 这类钢的碳含量不会超过0.25。它的化学成分范围和残余元素S、P量的控制也不很严格。,4.2普通碳素钢的
2、分类：,（1）甲类钢（A）,（2）乙类钢（B）,（3）特类钢（C）,按照脱氧程度的不同分为,按成分和性能要求可分为,（1）镇静钢：浇注前用Si-Fe和Al脱氧,（2）半镇静钢：Si-Fe和Al是镇静钢的1/3 和1/4,（3）沸腾钢：少量的Mn-Fe脱氧,鉴于一般工程结构件和建筑构件对性能方面的要求（一定的强度和塑性，冷形变成型性能和焊接性能，以及应变时效抗阻性能），钢的成分设计也应有所不同。,成分,组织,性能,根据国家标准GB700-65，可以看出：,其C含量是逐渐增加的； 它的Si量变化比较小； 相对的Mn量则有较大的变化； 其中P0.045,S0.055 ，P的控制要稍严格些。,化学成分
3、设计考虑因素,C起着强化的主要作用，所以它的含量逐级递增。 Si是一个置换固溶强化铁素体非常有效的元素，但增高Si量降低其塑性和韧性。Si没有细化铁素体晶粒的效应，因而没能改善钢的冷形变成型性；硅虽能强化铁素体，但可升高钢的Ar1点，减少钢在轧制冷却后的P量和弥散度。所以将硅限制在保证脱氧需要的范围内。,Mn是通过置换固溶和细化铁素体以及增多P量等方面来改善钢的强韧性的，因此其加入量是随C含量的提高而逐级递增的。 至于P、S含量要根据构件用途及其所具有的组织形态的不同来具体考虑的。 S的非金属相可造成轧制钢材的各向异性，以及在锻造时可引起热脆；当S量高时，在构件的焊缝周围易于产生热裂纹。 P置
4、换固溶于铁素体起强烈的强化效应，然也使其塑性和韧性明显下降，特别是低温韧性。P在晶界上引起的偏聚还造成晶界的脆化，这是所以要更为严格的限制钢中含P量的一个重要原因。,4.3冷形变成型性及其用钢,冷形变成型性：薄板钢材经冷形变而制成不同服役条件所要求的构件的成型性能。 性能要求：一定的冷加工成型性；较高的强度。 冷形变成型主要是深冲、膨胀和弯曲成型。,4.31冷形变成型用钢的性能要求,几种成型方式的形变过程,2019/4/16,11,4.3.2深冲成型性：,冷形变深冲成型的实现主要寄托于薄板钢材的流变性能的各向异性，即薄板钢材组成相组织结构的各向异性。用参数表示，即要求具有高的塑性应变比R值。R
5、代表在任何指定的应变下板材宽度方向和厚度方向真实应变之比值，即、 t、l宽、厚、长、宽度的真实应变、t厚度的真实应变,高的R值与板材再结晶的111面织构的发展紧密联系。也就是再结晶织构中的111晶面与钢板面平行的织构组分越多，而100晶面与钢板面平行的立方面织构越少,R 值就越大，深冲成型性能就越好。,冷轧薄钢板显微 组织属于织构组 织，织构组织是 一个各相异性的 组织。,从晶体学考虑， 要获得高的R值， 要求薄板钢板具 有111晶面或 111面的立方。,1，板材具有良好的深 冲性能，即具有各相异性,晶粒的111晶 面择优的平行于 轧制面，轧制取 向无一定的择优 取向，称为111 织构。,板材
6、发展111面织构的控制因素,以Al脱氧的钢，R值较高。 AlN细粒使111面织构优先发展。可阻止再结晶的100在晶界上形核。 沸腾钢在Ar3温度以下轧制,易形成200，R值降低。铝镇静钢板卷曲温度高，AlN过早析出在以后的在结晶中不能以细微质点析出，则造成低R值。 冷轧制度主要指冷轧压延率对R值的作用,但合适的冷轧压延率因钢种而异的。R值的各向异性的变化，当压延率大时，是由V型直线逆V型。 一般的说，不同钢种的最高R值有其相对应的冷轧压延率，比较多的是80附近，高于此压延率后，加大压延率，R值很快下降。 退火温度对R值的作用比较明显，AlN析出控制在退火的回复之后和再结晶之前。,（1）冶金方法
7、和轧制制度的作用,C对R值的影响比较复杂，一般认为低的C（0.04%）量和不高的Mn量（0.30）的搭配表现出优化深冲成型性的作用。 N量的增高损害R值。增高N量，导致低碳钢薄板再结晶织构的111取向强度降低，而增大110和100的取向强度。 Nb有利于R值的增高。 对Ti的作用，讲究它和C和C、N配比关系所引起的效果。 V量的增加，增强了塑性形变性能的各向异性，改善了深冲成型性。 Ni对R值的影响不大。P、S对低碳钢薄板经退火后的深冲成型性都起有益作用。但S量应控制在一定的范围内。(FeS) Cr的加入会降低R值，恶化钢的冷形变性能 。,（2）钢的化学成分作用,R值不与铁素体晶粒形态有关。而
8、与晶粒尺寸有关，一般增大铁素体尺寸，可提高R值。关系如下：R=R0-kN, N晶粒尺寸,第二相析出物（氮化物、硫化物、NbC和TiC等）对再结晶织构的形成起着有益作用。,（3）铁素体晶粒尺寸的影响,（4）析出物的影响,4.3.3膨胀成型性,（1）好的塑性形变能力，避免过早的发生塑性形变失稳； （2）高的形变均匀分配能力，即要有高的形变硬化性能； （3）高的断裂应变 。,对性能要求：,控制膨胀变形成型的重要力学性能参量是材料在塑性失稳前的均匀形变能力 和代表因硬化而使应力均匀分配的能力即应变硬化指数n值。 表示颈缩前的真实均匀塑性形变能力的大小 n表示材料抵抗继续形变的 能力。 为改善膨胀成型性
9、应提高断裂应变 。,几个重要参数,-真实流变应力 -真实均匀应变 -形变硬化系数 n-形变硬化指数,4.3.4钢的冷形变成型加工组织和合金化设计,钢板的良好深冲成型性主要取决于它的塑性形变的各向异性，因此依据组织与成分对深冲成型性的决定作用，能提出以下的决定组织与成分的构思： （）在常温下轧制钢板的良好深冲性能，即高的值是当板材具有塑性的各向异性，111类型取向具有最高的值，110类型取向次之，而200类型取向为最低。 （）深冲成型板材的成型加工所使用的组织是再结晶织构组织；低碳钢经70压延率冷轧并700退火的再结晶织构组织主要为111，其次为100以及弱的112。值无固定的优先织构取向。,、
10、决定深冲成型用钢的组织与成分的构思,（）沸腾钢的111织构组分常与粗大的铁素体晶粒相联系，铝镇静钢的晶粒尺寸改变所起的作用不明显，可以认为粗大铁素体晶粒是一种好的组织形态。 （）在冷轧后的退火过程中，于部分回复阶段内沿亚晶界和薄饼状晶粒间界AlN质点的析出为在再结晶织构中发展111织构组分有着重要贡献。 （）钢的Fe3C微粒对111再结晶织构的形成起着有益作用。沸腾钢的Fe3C属于前析出型的；其他稳定碳化物象NbN和TiC也有同样的效应。 （）一定的C:Mn配比的钢有高的值。C应控制在0.1以下，Mn以不高于0.30为好；高的Nf量导致值下降。 （）约0.12Nb，0.42V和Ti/C4配比的
11、Ti有利于再结晶织构的组分111的增强；Cr增强110,故不利于值的增大，Ni的作用不大。 （）0.05C、0.25Mn钢的量高到0.11亦有较高值，量应限制在一定的范围内；除非是固溶态的。,膨胀成型主要企求薄钢板材的高的u和n值。依据u和n值与其控制因素的变化规律可以建立起以下思路： （）C、N、Mn对钢的 起负作用，以铁素体为基体的低碳钢具有高的 。 （）低碳钢的 基本上不受铁素体晶粒尺寸的制约。一般粗大的铁素体晶粒可增大n值，n= 。然粗大晶粒降低 ，不过 不是膨胀成型所要求追求的重要参量，故宜取较粗大的铁素体晶粒。,、决定膨胀成型用钢的组织和成分的思考,（）减小铁素体晶粒尺寸提高d/d，对于不以强度高作为钢件的最终的重要性能要求，不求d/d高，换言之不要求铁素体晶粒细化。为便于实现冷塑性形变，希望有较大的晶粒，从而可得到低的s和小的d/d 。 （）再结晶织构的111织构组分与高的值是紧密相联系的。 （）各类非金属相都降低 ，与其体积分量存在函数关系，而与它们的性质无关。 基于以上思考，带有强111再结晶织构、较粗大晶粒的低碳的铝镇静钢或沸腾钢板材适用于膨胀成型。这种板材同样可应用于弯曲成型。,低碳F-P钢固溶强化作用,热卷温度对 值的影响,冷轧压延率与R的关系,铁素体晶粒尺寸与 值的关系,铁素体晶粒尺寸与 值的关系,