26348

تاثير تركيبي نورد سرد و حرارت دهي سريع بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد كربني ساده

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1397

1400/11/3

دكتر سيدحسين رضوي - دكتر باقر محمدصادقي

مهندسي مواد و متالورژي

حرارت دهي سريع با صرفه جويي در مصرف انرژي و هزينه و افزايش بهره وري، با حفظ يا بهبود كيفيت نسبت به حرارت دهي با نرخ معمولي همراه است. در اين پژوهش، فولاد StW 22 (نورد گرم شده) تحت نورد سرد با مقادير كاهش ضخامت مختلف قرار گرفت. سپس تاثير تغييرات دما بر كسر تبلور مجدد بررسي شد و دماي 650℃ به عنوان دماي ثابت در نظر گرفته شد. نمونه ها تحت آنيل معمولي با دماي ثابت 650℃ و زمان متغير قرار گرفتند. ريزساختار، خواص مكانيكي، كسر تبلور مجدد و سينتيك آن بررسي شدند. سپس نمونه هايي با درصد كاهش ضخامت متوسط و زياد تحت آنيل القايي با نرخ حرارت دهي سريع قرار گرفتند و خواص ريزساختاري و مكانيكي آن ها با نمونه هاي آنيل معمولي مقايسه شدند. نتايج حاصل نشان مي دهد كه افزايش درصد نورد، سختي (تا 51%) و استحكام تسليم (تا 45%) را افزايش داده و شكل پذيري را كاهش مي دهد. با افزايش درصد نورد، زمان آنيل در يك دماي ثابت كاهش مي يابد. هم چنين ميانگين قطر دانه پس از آنيل به طور كلي از ميانگين قطر نمونه اوليه كمتر است اما هر چه درصد نورد كمتر باشد، ميانگين قطر دانه پس از آنيل بيشتر است. آنيل تبلور مجدد باعث كاهش استحكام و افزايش شكل پذيري و داكتيليته مي شود. آنيل القايي زمان تبلور مجدد را به چند ثانيه مي رساند اما كنترل دما و ايجاد شرايط مشابه براي همه ي نمونه ها امر بسيار دشواري است. در نمونه با 45% كاهش ضخامت زمان تبلور مجدد به كمتر از 9 s مي رسد در حالي كه قطر دانه نسبت به آنيل معمولي اين فولاد تفاوتي ندارد اما استحكام تسليم بالاتري (34%) را نشان مي دهد. با نگهداري اين نمونه در زمان بيش از 30 s رشد دانه اتفاق مي افتد. در نمونه با كار سرد 75% به علت ضخامت بسيار كم و حضور ميدان الكترومغناطيسي آنيل القايي و عمق نفوذ زياد، ايجاد شرايط مشابه در تمام زمان هاي نگهداري اين نمونه تقريبا ناممكن است. با اين وجود اين نمونه حتي در زمان نگهداري 0 s كاملا تبلور مجدد يافته و استحكام تسليم آن 66% نسبت به آنيل معمولي بيشتر است. در 27 s اين نمونه خواص مشابه نمونه آنيل معمولي دارد با اين تفاوت كه ميانگين قطر دانه آن 3 μm بيشتر است. نمونه 27 s كمترين خواص مكانيكي و بيشترين اندازه دانه را ميان نمونه هاي آنيل القايي دارد؛ بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه نمونه اي با كمترين خواص مكانيكي و بيشترين اندازه دانه در آنيل سريع مشابه بهترين نمونه آنيل معمولي است. حتي اگر در يك افزايش طول يكسان مقايسه انجام شود، در 243 s كه بيشترين زمان نگهداري است، استحكام تسليم 27% بيشتر از آنيل معمولي است. در هر صورت تمام نمونه هاي آنيل القايي خواص بهتري را نسبت به آنيل معمولي نشان داده و ريزساختار يكنواخت تري داشته اند.

1401/01/27

The Combined Effect of Cold Rolling and Rapid Heating on the Microstructure and Mechanical Properties of a Plain Carbon Steel

1/1/1900 12:00:00 AM

Rapid heating is associated with energy and cost savings, increased productivity, and maintained or improved quality compared to heating at a conventional rate. In this study, the cold rolling was performed on StW 22 steel (hot rolled) with different thickness reduction values. Then, the effect of temperature changes on the recrystallization fraction was examined and the temperature 650℃ was selected as the constant temperature. The samples were subjected to conventional annealing with constant temperature (650℃) and varied time. Its microstructure, mechanical properties, recrystallization fraction, and kinetics were examined. Then, the samples with moderate and high thickness reduction percentages were undergone the induction annealing process with a rapid heating rate and their microstructural and mechanical properties were compared with the conventional annealing samples. According to the results, the increased rolling percentage increases the hardness (up to 59%) and yield strength (up to 45%) and reduces formability. The annealing time at a constant temperature decreases by increasing the rolling percentage. Also, the average grain diameter after annealing is generally lower than the average diameter of the prototype. However, the lower the rolling percentage, the higher the average grain diameter after annealing would be. Recrystallization annealing reduces the strength and increases the ductility and formability. Induction annealing reduces the recrystallization time to a few seconds; however, it is a highly difficult task to control the temperature and create similar conditions for all the samples. In sample with 45% cold reduction, the recrystallization time reduces to less than 9 s, while the grain diameter is not different from the conventional annealing of this steel, it shows a higher yield strength (34%). The grain growth occurs by holding this sample for more than 30 s. In the case of sample 75%, it is almost impossible to create the same conditions at all holding times of this sample due to very small thickness, the presence of electromagnetic field of induction annealing, and high penetration depth. However, this sample is fully recrystallized even at holding time 0 s and its yield strength is higher than the conventional annealing by 66%. At 27 s, this sample shows the same properties as a conventional annealing sample, except that its mean grain diameter is 3 μm more. The 27 s sample has the lowest mechanical properties and the highest grain size among the induction annealing samples. Therefore, one can conclude that a sample with the lowest mechanical properties and the maximum grain size in the rapid annealing method is similar to the best conventional annealing sample. Even if the comparison is done in a similar length increase, in 243 s, which is the longest holding time, the yield strength is higher than the conventional annealing as 27%. In any case, all the induction annealing samples showed better properties than the conventional annealing and had a more uniform microstructure.

فولاد ساختماني , نورد سرد , آنيل بعدي , ريزساختار , خواص مكانيكي

Structural steel , Cold rolling , Subsequent annealing , Microstructure , Mechanical properties

Marziyeh Shafiee

Dr. Seyed Hossein Razavi - Dr. Bagher Mohammad Sadeghi