Рекристаллизационный отжиг

Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев металла для устранения наклепа, созданного холодной пластической деформацией. Нагрев осуществляется выше температурного порога рекристаллизации с последующей выдержкой, которая в зависимости от цели отжига может обеспечить не только завершение первичной рекристаллизации, но и определённое развитие собирательной рекристаллизации.

Рекристаллизационный отжиг может использоваться перед холодной обработкой давлением как подготовительная операция, обеспечивая нужные пластичность, структуру и текстуру. Он проводится между операциями холодного деформирования для снятия наклепа. В ряде случаев рекристаллизационный отжиг является окончательной термической обработкой, при которой формируется необходимый комплекс свойств.

Чаще всего рекристализационный отжиг холоднодеформированных углеродистых и легированных сталей осуществляется ниже критической точки АС1 при температурах 600…720 °С. Значительно реже нагрев производится в межкритическом интервале АС1 АС3 (стали прошедшие холодную деформацию с небольшими обжатиями (до 15…20 %), могут подвергаться отжигу второго рода, сопровождающемуся фазовой перекристаллизацией.

При выборе режима рекристаллизационого отжига для оценки размеров образующихся зерен можно использовать диаграммы рекристаллизации, которые иллюстрируют зависимость размера зерна от степени предварительной деформации и температуры отжига при определённой длительности выдержки. Но при применение диаграмм рекристаллизации следует учитывать условия, при которых они были построены (вид деформации, скорость нагрева при отжиге, исходный размер зерна и т.д.).

В качестве примера рассмотрим режимы рекристаллизационного отжига калиброванных прутков из конструкционных и инструментальных сталей. При их производстве подкат со структурой зернистого перлита подвергается холодному волочению со сравнительно небольшими обжатиями. Затем следует отжиг, основной целью которого является снижение твердости. Если для его проведения используют печной нагрев, то температура нагрева обычно составляет 700…720°С.

При таком нагреве рекристаллизация феррита существенно не сказывается на характере структуры зернистого перлита. Некоторое развитие коалесценции карбидов может лишь улучшить обрабатываемость стали резанием и давлением. Рекристаллизационный отжиг калиброванных прутков осуществляют также в индукционных установках. Так как при скоростном нагреве температурный интервал рекристаллизации смещается в сторону более высоких температур, то температура отжига выбирается выше обычной. Для широкого круга применяемых конструкционных и инструментальных сталей она составляет 760…780 °С.

Для изготовления холоднокатанного листа, предназначенного для холодной штамповки, используют малоуглеродистые стали. В автомобилестроении широко применяется тонкий холоднокатанный лист из кипящей стали 08кп. Рекристаллизационный отжиг листа должен обеспечивать формирование определенного размера ферритного зерна (6 – 8 баллов).

Сталь со слишком мелким зерном феррита характеризуется повышенным пределом текучести, что затрудняет проведение штамповки. При наличии крупного зерна на поверхности листа при штамповке возникает шероховатость, получившая название «апельсиновой корки». Это связано с тем, что соседние крупные зерна, выходящие на свободную поверхность листа, из-за различия в ориентации деформируются по-разному.

На кривой растяжения для малоуглеродистой отожженной стали 08кп характерно наличие зуба и площадки текучести. Неоднородность деформации на площадке текучести вызывает появление при штамповке полос Чернова-Людерса, что ухудшает качество поверхности изделия.

Чтобы избежать этого нежелательного эффекта, лист после рекристаллизационного отжига подвергают дрессировке, которая представляет собой дополнительную холодную прокатку с небольшим обжатием (до 2 %) для улучшения плоскостности, минимизации образования линий и полос скольжения, получения определенной твердости и устранения площадки текучести.

Однако после дрессировки сталь 08кп склонна к деформационному старению. Этот процесс может получить развитие во время длительного вылеживания (транспортировка, складирование) перед окончательной штамповкой. Деформационное старение не только вызывает уменьшение способности стали к глубокой вытяжке, но и приводит к возврату площадки текучести и образованию полос Чернова-Людерса, портящих поверхность.

Поэтому при проведении рекристаллизационного отжига необходимо получить не только нужный размер ферритного зерна, но и по возможности уменьшить склонность листа к деформационному старению. Режим рекисталлизационного отжига зависит от того, обрабатывается холоднокатаный лист в рулонах в печах периодического действия или в развернутом виде в печах непрерывного действия. Отжиг листов в камерных печах проводится при 640…710 °С.

Разнозернистость ухудшает способность стали к глубокой вытяжке при штамповке. Кроме того, при охлаждении из межкритического интервала при диффузионном распаде переохлажденного аустенита может образоваться структурно-свободный цементит, что также отрицательно влияет на способность стали к глубокой вытяжке.

Нагрев рулонов при отжиге осуществляется со скоростью 10…50 град/ч с последующей выдержкой, которая в зависимости от размера садки и типа печи может колебаться в широких пределах (от 4 до 20 ч). После окончания выдержки следует медленное охлаждение со скоростью 5…15 град/ч до температуры порядка 100…150 °С. В процессе медленного нагрева и выдержи происходит не только рекристаллизация феррита, но и сфероидизация и коалесценция карбидной фазы, что положительно сказывается на пластичности стали.

Во время выдержки за счет частичного растворения карбидов, карбониридов и нитридов повышается содержание углерода и азота в феррите. Но при последующем медленном охлаждении элементы внедрения успевают достаточно полно выделиться из α-твердого раствора, присоединяясь к уже имеющимся карбидным частицам, в результате чего склонность к деформационному старению уменьшается.

Непрерывный отжиг листа в развернутом виде характеризуется высокими скоростями нагрева и охлаждения. Нагрев осуществляется до 700…720 °С с выдержками, не превышающими несколько десятков секунд. При таком режиме обработки формируется мелкозернистая структура феррита, что вызывает определенное повышения прочности и уменьшение способности к вытяжке.

Ускорение охлаждения при непрерывном отжиге способствует пресыщению αтвердого раствора элементами внедрения, что может вызвать после дрессировки интенсивное развитие деформационного старения. Чтобы уменьшить этот отрицательный эффект, снижают по возможности скорость охлаждения в интервале 720…480 °С. С этой же целью в процессе охлаждения осуществляют изотермическую выдержку при 350…450 °С, обеспечивающую выделение растворенного углерода в виде карбидов с последующей их коалесценцией.

Для уменьшения склонности к деформационному старению может быть использован и другой режим обработки, при котором после ускоренного охлаждения листа до комнатной температуры проводят дополнительный перестраивающий нагрев до 300…400°С.