0
04136674922

فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا یا فولادهای HSLA

در دهه های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ میلادی محققین در کشورهای مختلف دریافتند که افزودن برخی عناصر کاربیدساز و نیتریدساز مثل وانادیم، نیوبیوم و تیتانیوم در مقادیر جزئی به ترکیب شیمیایی فولادهای کم کربن می تواند تاثیر کاملاً چشمگیری در استحکام آن ها داشته باشد. پی بردن به این موضوع و خواص قابل توجه فولادهای میکروآلیاژی باعث توجه هر چه بیشتر به این فولادها و توسعه کاربرد آن ها بخصوص در صنعت خودروسازی شده است. فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا که با نام فولادهای HSLA (مخفف High Strength Low Alloy) از آن ها نام برده می شود معمولاً استحکام تسلیم بیشتر از ۲۷۵ مگاپاسکال یا نیوتن بر میلی متر مربع دارند. این فولادها با دارا بودن درصدهای پایین از دو عنصر کربن و منگنز و داشتن عناصری مانند کروم، نیکل، مولیبدن، مس، نیتروژن، وانادیم، نئوبیوم، تیتانیوم و زیرکونیوم در مقادیر بسیار کم، یک ترکیب عالی از استحکام، انعطاف پذیری، چقرمگی، شکل پذیری و جوش پذیری را با هزینه نسبتاً پایین ارائه می دهند. مقاومت به خوردگی اتمسفری این فولادها نیز به مراتب بیشتر از فولادهای کربنی معمولی است. فولادهای HSLA معمولاً با استحکام های مشخص تولید می شوند و توسط کاربران مورد عملیات حرارتی قرار نمی گیرند. فولادهای HSLA توسط عملیات نورد گرم و سرد و آهنگری به شکل محصولات نهایی مثل ورق، تسمه، میلگرد و مقاطع تولید و عرضه می شود.

 

بهبود خواص مکانیکی فولادهای کم کرین (۰٫۰۵ تا ۰٫۱۲ درصد کربن) با اضافه شدن عناصر گفته شده، به عوامل زیادی از جمله ریز شدن دانه های فریت و تشکیل ساختار ریزدانه، رسوب کاربیدها و نیتریدها و رسوب سختی فریت بستگی دارد. به منظور بهبود خواص مکانیکی فولادهای HSLA گرم نوردیده، از روش هایی مثل موارد زیر در فرایند نورد استفاده می شود:

 

  • نورد کنترل شده فولادهای HSLA رسوب سختی شده برای دستیابی به ساختار آستنیت ریز یا تغییر شکل یافته که هنگام سرد شدن به ساختار فریت ریزدانه با چقرمگی و استحکام بالا تبدیل می شود.
  • سرمایش سریع فولادهای HSLA نورد شده به منظور دستیابی به فریت ریزدانه از دگرگونی آستنیت. سرمایش نباید به حدی سریع باشد که منجر به تشکیل فریت سوزنی شود و نباید به حدی کند باشد که باعث پیرسختی زیاد بشود.
  • کوئنچ یا سرمایش سریع (در آب یا هوا) فولادهای کم کربن (با درصد کربن کمتر از ۰٫۰۸) که دارای سختی پذیری کافی برای دگرگونی به ساختار فریت سوزنی هستند.
  • نرماله کردن فولاد HSLA وانادیم دار برای اصلاح اندازه دانه ها به منظور بهبود استحکام و چقرمگی
  • آنیل فولادهای HSLA زیر دمای بحرانی برای دستیابی به میکروساختار دوفازی فریت – مارتنزیت. فولادهای HSLA دوفازی، ترکیبی مناسب از خواص استحکامی و شکل پذیری ارائه می دهند.

 

 

فولادهای HSLA در ساخت خودروها، کامیون‌ ها، جرثقیل‌ ها، ترن های هوایی‌ و سایر وسایلی که باید نیروهای شدیدی را تحمل کنند یا نسبت قدرت به وزن زیادی داشته باشند، به کار می روند. همچنین این فولادها در ساخت مخازن دخیره و لوله‌ های انتقال نفت و گاز، کشتی سازی، تولید تجهیزات و ماشین آلات صنعتی کشاورزی، ماشین‌ های چمن زنی، مخلوط کن بتن، برج‌ های انتقال قدرت و … استفاده می شوند. در کاربردهایی مثل خودروسازی که کاهش وزن بدون از دست دادن استحکام از اهمیت زیادی برخوردار است، استفاده از فولادهای HSLA رونق بیشتری دارد.

 

 

انواع فولادهای HSLA:

 

  • Weathering steels

 

انتخاب یک اصطلاح فارسی مناسب برای Weathering steels کمی دشوار است ولی من این گروه از فولادهای HSLA را با عنوان فولادهای مقاوم به هوازدگی معرفی می کنم، یعنی این فولادها مقاومت بیشتری به زنگ زدگی در مقابل تغییرات آب و هوایی دارند. این فولادها حاوی عناصر مس، فسفر و سیلیسیم هستند که مقاومت به خوردگی فولاد و استحکام محلول جامد را افزایش می دهند. مقاومت به خوردگی اتمسفری این فولادها ۲ تا ۴ برابر و در یک فولاد مخصوص به نام COR-TEN حدود ۸ برابر بیشتراز فولادهای ساده کربنی است. دلیل مقاومت بیشتر این فولادها به خوردگی اتمسفری، تشکیل لایه سطحی اکسید بر روی آن ها است. این لایه اکسیدی یک لایه محافظ نازک، متراکم و چسبنده است که مانع از تماس رطوبت و اکسیژن با آهن شده و از خوردگی فولاد جلوگیری می کند. البته مقاومت به خوردگی این فولادها در حدی نیست که بتوان از آن ها در کاربری های دریایی، محیط های خورنده صنعتی، غوطه وری در آب و مدفون در خاک استفاده کرد. در این محیط ها، به دلیل عدم امکان تشکیل لایه محافظ سطحی، شرایط خوردگی مشابه فولادهای کربنی است. فولادهای معرفی شده در استانداردهای ASTM A 242 و ASTM A 588 از این گروه فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا هستند.

 

اضافه کردن وانادیم و یا نیوبیوم می تواند استحکام تسلیم فولادهای مقاوم به هوازدگی را بهبود ببخشد. نئوبیوم معمولاً چقرمگی را نیز بهبود می بخشد. با نرماله کردن یا نورد –سرد کردن کنترل شده نیز می توان ضمن اصلاح اندازه دانه های این فولادها، چقرمگی و استحکام تسلیم آن ها را افزایش داد.

 

 

  • فولادهای میکروآلیاژی فریتی-پرلیتی 

 

در این فولادها بدون افزایش مقدار کربن و یا منگنز فولاد گرم نوردیده، استحکام آن ها با افزودن مقدار کمی عناصر آلیاژی مثل وانادیم و نیوبیوم افزایش می یابد. در این صورت، مقدار کربن فولاد نیز به منظور بهبود چقرمگی و جوش پذیری آن کاهش داده می شود. در این فولادها با ترکیب اثرات ساختار ریزدانه حاصل از فرایند نورد گرم کنترل شده و رسوب سختی حاصل از رسوب دهی کاربیدها و نیتریدهای وانادیم، نیوبیوم و تیتانیوم، استحکام تسلیم فولادهای میکروآلیاژی می تواند تا حدود ۶۰۰ مگاپاسکال و حتی بیشتر هم افزایش یابد.

 

بر حسب عنصر آلیاژی اضافه شده، انواع مختلف فولادهای میکروآلیاژی فریتی-پرلیتی عبارتند از:

 

  • فولاد میکروآلیاژی وانادیم دار
  • فولاد میکروآلیاژی نیوبیوم دار
  • فولاد میکروآلیاژی وانادیم – نیوبیوم دار
  • فولاد نیوبیوم – مولیبدن دار
  • فولاد میکروآلیاژی وانادیم – نیتروژن دار
  • فولاد میکروآلیاژی تیتانیوم دار
  • فولاد میکروآلیاژی نیوبیوم – تیتانیوم دار
  • فولاد میکروآلیاژی وانادیم – تیتانیوم دار

 

 

  • فولادهای پرلیتی نورد شده

 

 

  • فولادهای فریت سوزنی (بینیت کم کربن)

 

 

  • فولادهای دوفازی فریت-مارتنزیت 

 

 

  • فولادهای با قابلیت کنترل شکل ناخالصی ها

 

 

  • فولادهای کم کربن مقاوم به خوردگی HIC

 

 

این نوشته با اضافه کردن توضیحات مربوط به انواع فولادهای HSLA در حال تکمیل است …

ارسال دیدگاه