熱軋和冷軋,作為型鋼或鋼板成型的兩個工序,對鋼材的組織和性能產(chǎn)生著深遠的影響。在鋼材的軋制過程中,熱軋占據(jù)了主導地位,而冷軋則僅被用于小號型鋼和薄板的生產(chǎn)。
1、熱軋。優(yōu)點在于,它能夠對鋼錠的鑄造組織進行破壞,從而細化鋼材的晶粒,并消除顯微組織的缺陷,進而實現(xiàn)鋼材組織的密實,從而顯著改善其力學性能。由于軋后冷卻速度加快,鋼水中產(chǎn)生大量的氣體和水蒸汽,這些都有利于提高鋼材的機械性能和耐蝕性能。鋼材的各向同性在軋制方向上得到了一定程度的改善,這種改善使得鋼材呈現(xiàn)出了更為多樣化的形態(tài);由于軋后冷卻速度較快,所以可以防止產(chǎn)生氣孔或夾渣等冶金缺陷。
在澆注過程中所形成的氣泡、裂紋和疏松現(xiàn)象,以及在高溫和壓力的作用下所形成的焊合現(xiàn)象,均為常見的現(xiàn)象。當焊接接頭承受較大應力或受到較高溫度后,就會產(chǎn)生層狀結構。缺陷在于,經(jīng)過熱軋?zhí)幚砗螅摬膬炔康姆墙饘賷A雜物(主要包括硫化物和氧化物,以及硅酸鹽)被壓制成薄片,從而形成了分層(夾層)的現(xiàn)象。缺陷產(chǎn)生原因是由于焊接熱過程中金屬發(fā)生了相變,即馬氏體轉變。鋼材在受到厚度方向的拉伸時,由于分層現(xiàn)象的存在,其性能會顯著下降,同時在焊縫收縮時,可能會出現(xiàn)層間撕裂的情況。
由于焊接缺陷導致的熱裂紋容易擴展而產(chǎn)生穿晶開裂等破壞形式。焊縫在收縮時會引起局部應變,其數(shù)值往往高達屈服點應變的數(shù)倍,遠大于荷載引起的應變;焊接缺陷和軋制變形等均能加劇這些效應。殘余應力是由于不均勻的冷卻所導致的。因此,鋼材的強度和韌性均受這種殘余應力的制約,而不是取決于其本身。熱軋型鋼的截面尺寸越大,其內部自相平衡的應力即為殘余應力,這種應力在無外力作用下得以維持。盡管殘余應力呈現(xiàn)自我平衡狀態(tài),但其對于鋼構件在受到外力作用時的性能仍具有一定程度的影響。可能會對變形、穩(wěn)定性、抗疲勞等方面產(chǎn)生負面影響,這是不容忽視的。
2、冷軋。它是將金屬板材軋制成所需形狀和尺寸的產(chǎn)品。指的是在室溫下,通過對鋼板或鋼帶進行冷拉、冷彎、冷拔等冷加工工藝,將其轉化為多種形態(tài)的鋼材。由于其表面光滑美觀,所以也可用于制作裝飾材料及建筑結構構件。該材料具有高速成型、高產(chǎn)量和涂層無損等優(yōu)點,其截面形式多種多樣,以滿足不同使用條件的要求;冷軋型鋼主要用于制作結構構件,如建筑模板,橋梁立柱等,也可用作車輛大梁及汽車前梁。
鋼材在經(jīng)過冷軋后,其塑性變形顯著增加,從而有效提升了其屈服點。熱軋型鋼由于軋后冷卻速度快,其強度會有較大程度下降。缺陷在于,盡管在成型過程中未經(jīng)過熱態(tài)塑性壓縮,但鋼材截面內仍存在殘余應力,這將不可避免地影響其整體和局部屈曲特性;通常情況下,冷軋型鋼的截面呈開口形狀,這會導致截面的自由扭轉剛度相對較低。
冷軋帶鋼軋制后需要進行退火處理,以提高其屈服強度,改善其抗扭性能。在彎曲過程中,容易發(fā)生扭轉現(xiàn)象,而在受到壓力時,則容易發(fā)生彎曲和屈曲,導致其抗扭性能不盡如人意;由于冷軋成型鋼壁厚較小,且在板件銜接的轉角處未出現(xiàn)加厚現(xiàn)象,因此其在承受局部性的集中荷載方面表現(xiàn)不佳。
3、熱軋和冷軋的主要區(qū)別在于,前者允許鋼材截面發(fā)生局部屈曲,從而最大限度地發(fā)揮桿件屈曲后的承載能力;熱軋型鋼的截面不容許出現(xiàn)任何局部的屈曲現(xiàn)象。由于熱軋型鋼和冷軋型鋼產(chǎn)生殘余應力的原因存在顯著差異,因此它們在截面上的分布也呈現(xiàn)出明顯的差異。
隨著軋制力增加,殘余應力逐漸增大,當達到一定值之后趨于穩(wěn)定。在冷彎薄壁型鋼截面上,殘余應力的分布呈現(xiàn)出一種優(yōu)美的彎曲形態(tài);而在熱扎型鋼或焊接型鋼截面上,殘余應力的分布則呈現(xiàn)出一種薄膜型的特征。由于熱軋型鋼具有更高的自由扭轉剛度,因此其抗扭性能相較于冷軋型鋼而言更為卓越。