2021年鋼材的時(shí)效解析

1、鋼的時(shí)效歐陽光明（2021.03. 07 ）時(shí)效條件在日常生活中常發(fā)現(xiàn)，如低碳鋼板等材料經(jīng)熱加工或冷加工后 ，在 室溫放置一段時(shí)間，它的機(jī)械性能發(fā)生了變化，這種金屬材料的性能隨時(shí)間的延長而改變的現(xiàn)象稱為時(shí)效。時(shí)效往往使材料的性能變壞，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)注意防止，但也可掌握其變化規(guī)律，使其在生產(chǎn)中加以利用。由于鋼材的化學(xué)成分不同，預(yù)先的熱加工或冷加工及使用溫度的不同，鋼的時(shí)效也有不同的表現(xiàn)。鋼材經(jīng)固溶處理后急冷至?xí)r效溫度時(shí)，合金元素將處于過飽和狀態(tài)，此時(shí)，如果合金元素仍具有擴(kuò)散能力，那么隨著時(shí)間的延長，鋼材中的合金元素會(huì)從固溶體中脫落（或沉淀）致使材料的性能發(fā)生變化，這就叫做時(shí)效。時(shí)效過程的定義：一

2、切有關(guān)材料性能隨時(shí)間變化過程都統(tǒng)稱時(shí)效過程。時(shí)效的條件：1）對(duì)合金元素具有一定的溶解度；2）溶解度隨溫度的降低而減小；3）高溫固溶的合金元素，急冷后成為過飽和狀態(tài)；4）在低溫狀態(tài)下，合金元素仍具有一定的擴(kuò)散速度。時(shí)效現(xiàn)象是一種由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的自發(fā)現(xiàn)象。如 果固溶處理后以極緩慢的速度冷卻，以達(dá)到平衡狀態(tài)而又未經(jīng)冷變 形，這時(shí)時(shí)效現(xiàn)象就不合發(fā)生鋼的時(shí)效現(xiàn)象主要由鋼中的碳，氮間隙原子引起的。碳，氮是鋼中間隙原子，間隙原子一般在室溫下都有一定的擴(kuò)散能力，它們的溶解度都隨溫度的降低而減力,因此只要固溶處理后快冷使之造 成過飽 和狀態(tài)，就能夠產(chǎn)生時(shí)效現(xiàn)象。故此，時(shí)效現(xiàn)象可以分淬火時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效

3、（形變時(shí)效、機(jī)械時(shí)效）。淬火時(shí)效是固溶體V夬速冷卻到某一個(gè)溫度導(dǎo)致的沉淀硬化。在該溫度下，第二相元素變成過飽和狀態(tài)。較高溫度和多次應(yīng)用時(shí)發(fā)生沉淀，并導(dǎo)致屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和硬化的增加。應(yīng)變時(shí)效是塑性變形后某些材料中產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。 對(duì)低碳鋼板, 應(yīng)變時(shí)效導(dǎo)致不連續(xù)屈服的重現(xiàn)，屈服強(qiáng)度和硬度增加，韌性 減少而 拉伸強(qiáng)度無明顯變化。時(shí)效引起的性能變化由于材料發(fā)生時(shí)效，其性能將發(fā)生較大的變化，主要有以下變 化：1）材料的硬度增加；2）鋼的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度增加、抗拉強(qiáng)度增加或不變），塑性和韌性（延伸率，斷面收縮比，抗沖擊功）降低；3）某些電學(xué)性能和物理性能也發(fā)生了變化，如使電阻降低，磁矯頑力提咼等。影響

4、時(shí)效的因素鋼中的碳、氮間隙原子杲引起時(shí)效的基本元素，這些元素的原子在室溫下仍具有擴(kuò)散能力，因此由于急冷造成的過飽和固溶體處于不平衡狀態(tài)時(shí)，必將引起時(shí)效現(xiàn)象。淬火時(shí)效主要靠碳，氮化物的彌散析出，而形變時(shí)效則 杲碳，氮原子在位錯(cuò)附近的富集，對(duì)位 錯(cuò)起釘扎作用的結(jié)果。位錯(cuò)的密度隨鋼材的化學(xué)成分，熱處理及冷變形等因素而不同的。曾經(jīng)有人計(jì)算過，當(dāng)鋼中碳、氮的過飽和度 達(dá) 0.0001%以上時(shí)就合引起時(shí)效現(xiàn)象。鋼中的 含碳量越高，固溶在a-Fe 中的碳量也就越高，時(shí)效的效果也就越明顯。但當(dāng)鋼中的含碳 量大到在組織中出現(xiàn)滲碳體時(shí)，時(shí)效效果反而減小。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)含碳量在0.25%左右時(shí)，時(shí)效后性能的變化最大。

5、氫原子由于擴(kuò)散系數(shù)比較大，如果長時(shí)間放置也會(huì)從鋼中析出， 這就是氫原子引起的時(shí)效現(xiàn)象。硼原子在鋼中即可是間隙型又可以 杲置換型，這對(duì)時(shí)效起抑制 作用。氧原子對(duì)時(shí)效沒有 太大的影響。研究 指出，經(jīng)鋁脫氧 的鋼能起到減少鋼的時(shí)效敏感性的作用，并不在于鋁有很強(qiáng)的脫氧能力使鋼中的含氧量減少，而是在于鋁與氮之間有很強(qiáng)的親和力，真正起作用的 并不是與氧結(jié)合的鋁（酸不溶鋁），而是仍 剩余鋼液中的鋁（酸溶鋁）。鋼中的鋁與氮會(huì)形成AIN, A1N的 溶解度也隨溫度的降低而減小。 但是由于鋁的 存在，與不含 鋁時(shí)相 比，氮 在固溶體中的溶解度大大減小，所以鋁對(duì)抑制鋼的時(shí)效作用十分明顯。除鋁外，合金元素鈦、機(jī)、鋁、

6、鋸、輅、硅、鐳、銅，砒和錫 等合金元素都對(duì)鋼的時(shí)效有影響。過時(shí)效總之，時(shí)效過程杲一種由非平衡狀態(tài)向平 衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的自發(fā)現(xiàn) 象, 是碳，氮等間隙原子由于處于過飽和狀態(tài)，在低溫時(shí)靠擴(kuò)散能 力，從 固溶體中脫落（或沉淀）致使材料的性能發(fā)生變化的過程。審歐陽光明創(chuàng)編2021.03.07為了保證我們所要求帶鋼的各種性能，我們必須采用相應(yīng)的生產(chǎn)工藝措施，防止帶鋼時(shí)效現(xiàn)象的發(fā)生。這些相應(yīng)的生產(chǎn)工藝措施就是所謂的過時(shí)效。在連續(xù)退火爐中設(shè)置了過時(shí)效段，用于對(duì)一些有過時(shí)效要求的鋼種（如DQ-AK、DDQ-AK. DP鋼.TRIP鋼）進(jìn)行時(shí)效處理，BD在鋼種 的過時(shí)效溫度范圍內(nèi)，使帶鋼保持足夠的過時(shí)效時(shí)間，使碳、氮

7、等間隙原子充分析出，但杲它們的析出與普通低碳鋼的析出有很大的區(qū)別，主要是由于在這類鋼中同時(shí)添加了鋁.機(jī)、館等合金元 素，這部分元素 會(huì)與氮形成穩(wěn)定的氮化物同時(shí)析出，使鐵素體基體強(qiáng)化（稱為第二相的彌散硬化），并且使晶粒細(xì)化，使鋼的強(qiáng)度和韌性均能顯著提高，同時(shí)使較低溫度的時(shí)效現(xiàn)象受到抑制。如在鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼中，加入足夠數(shù)量的鋁，使它除去與氧結(jié)合外（鋁作為脫氧劑加入），還剩余相當(dāng)數(shù)量（0.020.04%）在固溶體中，禾I用這部分剩余的鋁來固定氮， 即通過軋后緩冷或在700 一 800°C保溫，使鋁與氮形成穩(wěn)定的 A1N,這 樣就可以減弱甚至完全消除通常在較低溫度發(fā)生的時(shí)效現(xiàn)象。同時(shí)高度彌散

8、的A1N質(zhì)點(diǎn)在1000°C以下（與 鋁的濃度有關(guān)）能阻止奧氏體 晶粒長大，使鋼成為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。另外，由于合金元素的存在，固化了鋼中的碳、氮。使鋼在經(jīng)過變形后，雖然出現(xiàn)了大量的位錯(cuò)和空位缺陷，但沒有碳、氮的快速移位而形成柯氏氣團(tuán)，從而降低了形變時(shí)效的產(chǎn)生。時(shí)效的實(shí)際應(yīng)用汽車車身的部件，如前擋泥板，汽車灰板等，如果經(jīng)冷沖壓加工而成'在低碳鋼板存在有物理屈服現(xiàn)象（在不增加應(yīng)力時(shí)的屈服現(xiàn)象）的時(shí)候，由于局部的突然屈服，鋼板的形變就不均勻，結(jié)果鋼板表面出現(xiàn)形變帶皺紋。為了避免產(chǎn)生這種缺陷，首先應(yīng)設(shè)法消除物理屈服現(xiàn)象。實(shí)踐證明，經(jīng)過退火的鋼板，在沖壓加工前進(jìn)行小變形的軋制（0.8-1.5%的變形量），可以消除物理屈服現(xiàn)象。但 是，這種 物理屈服現(xiàn)象的消除，只是暫時(shí)現(xiàn)象，如果經(jīng)過一定時(shí)間的時(shí)效后，物理屈服現(xiàn)象又會(huì)重新出現(xiàn)。這說明形變時(shí)效對(duì)深