فولاد کم آلیاژ | فولاد آلیاژی | طبقه‌بندی فولادهای کم آلیاژ HSLA فولاد کم آلیاژ دستهای از فولادهای آلیاژی است که با افزودن عناصری چون وانادیم،کلمبیم و تیتانیوم تولید می‌شود و از نظر استحکام بر فولادهای کربنی معمولی برتری دارد.
فولادهای آلیاژی کم به طور گسترده ای برای تولید لوله، بدنه اتومبیل و هوافضا، خطوط ریلی و سازه‌های دریایی و ساحلی مورد استفاده قرار می گیرد. از فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا به دلیل خاصیت مقاومت در برابر خوردگی در این مناطق استفاده می شود.
فولادهای کم آلیاژ، معمولاً حاوی کمتر از 10٪ عناصر آلیاژی (ترکیبی از کربن، منگنز، کروم، نیکل، مولیبدن، وانادیم و سیلیکون) هستند.با افزودن آلیاژهای خاص، فولادهای کم آلیاژ دارای ترکیبات شیمیایی خاص و خواص مکانیکی بهتری نسبت به بسیاری از فولادهای معمولی می‌شوند. این آلیاژها به طور معمول 1 تا 5 درصد از محتوای فولاد را تشکیل می دهند. همانطور که میدانید این عناصر یک ویژگی بسیار خاص به فولادها اضافه میکنند. به عنوان مثال ، افزودن مولیبدن استحکام مواد را بهبود می بخشد. نیکل سختی می افزاید. و کروم باعث افزایش استحکام در دمای بالا، سختی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش میدهد. منگنز و سیلیکون ، سایر عناصر آلیاژی متداول ، قابلیت های مقاومت در برابر اکسیداسیون عالی را دارند
خوشبختانه ، با وجود اضافه شدن این عناصر ، جوشکاری فولادهای کم آلیاژ لزوماً دشوار نیست.
با این وجود ، دانستن اینکه دقیقاً با چه نوع فولاد کم آلیاژی کار میکنیم، برای رسیدن به جوش بدون نقص، بسیار مهم است.
این دسته از فولادها را بعلت وزن کمترشان در صنایع خودرو سازی بسیار مورد استفاده قرار میدهند چرا که در عین کاهش وزن خودرو استحکام بالایی دارد.
استحکام فولادهای میکرو آلیاژ بدون عملیات حرارتی 415 تا 825 مگا پاسکال می‌باشد.
یکی از مواردی که در مورد این نوع ورق آلیاژی ها بسیار باید به آن توجه شود خوردگی آنهاست، چرا که این نوع فولادها معمولا برای مصارف با ضخامت کم مورد توجه قرار میگیرند و بسیار در معرض خوردگی اند برای همین موضوع می‌توان عناصری چون نیکل، کروم و فسفر به آن افزود تا مقاومت به خوردگی آن بالاتر رود، اما چون این روش کمی هزینه بر است می‌توان با گالوانیزه کردن و یا آبکاری این دسته از ورقها از خوردگی دور نگه داشت.
فولادهای میکرو آلیاژی معمولاً محتوی ۰٫۱۵ تا ۰٫۵۵% کربن، ۰٫۶ تا ۱٫۶۵% منگنز، ۰٫۱۵ تا ۰٫۶۵% سیلیکون پایه اصلی آن را تشکیل میدهند. این عناصر از طریق تاثیر بر ساختار با کنترل واکنشهای رسوب دهی و تشکیل رسوبات به صورت فاز دوم باعث بهبود خواص مکانیکی آلیاژ می شوند. در این فولادها دستیابی به خواص مطلوب مرهون حضور عناصر میکروآلیاژ و تاثیرآنها بر روی ریزساختار فولاد می باشد.
با این وجود دستیابی به خواص مناسب و مطلوب در فولادهای میکروآلیاژی از طریق بهسازی اندازه دانه فریت با کنترل اندازه دانه آستنیت و تشکیل ساختار ریزدانه، فرآیند رسوب سختی در فریت، ایجاد اعوجاج در شبکه و تنشهای ناشیاز رسوبات کاربیدی و نیتریدی، کنترل شکل آخالها، توسعه شبکه نابجاییها و… می باشند.
در این فولادها می‌توان بعد از انجام عملیات کار گرم در دمای بالا و کنترل پارامترهای عملیات و همچنین سرد کردن مناسب تا دمای پایین به مقدار استحکام و دیگر خواص مورد نظر دست یافت که با نتایج بدست آمده برای قطعات تولید شده با روش‌های متداول کوئنچ و تمپر قابل مقایسه می‌باشد.درنتیجه با حذف عملیات کوئنچ و تمپر می‌توان علاوه بر کاهش هزینه‌ها، سرعت تولید را نیز افزایش داد.
با کم شدن مقدار درصد کربن در این ترکیب ها قابلیت جوشپذیری و انعطاف پذیری فولاد بهبود مییابد و همچنین با افزودن عنصر میکروآلیاژی به فولاد، استحکام و مقاومت آن در برابر تنش های وارده افزایش یافته است.
استانداردهای A715 و A656 استحکامی به اندازه ی 80000 psi دارند این در حالی است که استحکام فولادهای کربنی غیرآلیاژی حدود 34000psi است .
در فولادهای میکرو آلیاژی به دلیل استحکام بالا و فرمپذیری مناسبی که دارند توانسته با روش هیدروفرمینگ که یک روش کشش و فرمینگ ورق است قطعاتی تولید کنند که با حداکثر صرفه جویی در وزن قطعه در عین حال از دقت بالا در ابعاد و ضخامت برخوردارند و با این کار هم وزن نهایی محصول پایین آمده و هم تعداد قطعات حاصل از یک ورق بالا رفته است که از یک طرف باعث صرفهجویی چشمگیری در مصرف فولاد شده است.
در دستگاه‌هایی همچون جرثقیل، مخلوط‌کن بتن، ماشین‌های کشاورزی، کامیون‌ها، تریلرها برج‌های انتقال قدرت، شافت های فولادهای میکرو آلیاژی با حداقل استحکام ۵۰۰۰۰ تا ۷۰۰۰۰استفاده می‌شوند
انرژی لازم برای کنده کاری و شکل دادن و اره کردن محصولات میکرو آلیاژی 25 تا 30 درصد بیشتر از محصولات ساده کربنی است.
فولاد کم آلیاژ | فولاد آلیاژی | طبقه‌بندی فولادهای کم آلیاژ HSLA
طبقه‌بندی فولادهای کم آلیاژ HSLA
– فولادهای مقاوم در آب و هوا (Weathering steels)
فولادهایی که مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند. مانند COR-TEN. این نوع آلیاژها در ترکیب ساخت خود مقدار کمی فسفر و مس دارند تا میزان مقاومت آنها در برابر فرسایش‌های آب و هوایی افزایش یابد. – فولادهای رول شده با کنترل (Control-rolled steel)
رول‌های داغ فولاد که ساختار بسیار گسیخته آستینیت دارند که به ساختار آهن و کربنی مکعبی خوبی ضمن فرایند سرد کردن تبدیل می‌شوند. – فولادهای کم پرلیت (Pearlite-reduced steel)
فولادهای با کربن کم یا بدون کربن که ساختار دانه‌ای آهن و کربن خوبی دارند که به وسیله ته‌نشینی افزایش قدرت می‌یابند. – فولادهای فریت (Acicular ferrite steel)
این فولادها به وسیله ساختار آهن و کربنی سوزنی، مقدار بسیار کمی کربن و سخت سازی خوبی افزایش قدرت داده می‌شوند. درصد کربن در این نوع فولادها بسیار اندک است و خواصی همچون جوش پذیری و شکل‌پذیری خوبی را دارند. – فولادهای دو فازی (Dual-phase steel)
این فولادها میکرو ساختار آهن و کربنی متشکل از مقدار کم و بکنواخت مارتنزیت دارند. این میکرو ساختار باعت کاهش قدرت تسلیم، افزایش درجه سختی و شکل‌پذیری خوب می‌شود. فولادهای دو فاز شکل‌پذیری خوبی را دارند و همچنین استحکام کششی آنها بالاست. – فولادهای میکروآلیاژی (Micro-alloyed steel)
فولادی که دارای مقدار کمی نوبیوم، وانادیوم و/یا تیتانیوم می‌باشد که باعث بهبود اندازه دانه و/یا سخت شدن به وسیله ته‌نشینی می‌شود.
نوع معمولی از Micro-alloyed steel بهبود یافته از نظر شکل پذیری HSLA می باشد. این نوع، قدرت تسلیم تا 80.000 psi (550 MPa) دارند ولی تنها 24 درصد بیشتر از فولاد A360 با 36.000 psi (250 MPa) هزینه دارند. یکی از نقاط منفی این نوع فولاد این است که 30 تا 40 درصد کمتر شکننده می باشند. در ایالات متحده این نوع فولاد بر اساس استاندارد ASTM به دسته های A1008/A1008M و A1011/A1011M برای ورق های فلزی و A656/A656M برای صفحات فلزی تقسیم می شوند. این فولاد ها برای خودروسازی جهت حفظ قدرت در عین کاهش وزن تولید شده اند. برای نمونه : میله های استحکام در، شاسی، تقویت ترمز، سیستم هداین و تعلیق، ضربه گیر و چرخ ها. کاربرد آلیاژهای HSLA
آلیاژهای HSLA در صنایع سنگین هم چون لوله‌های نفت و گاز، تولید تجهیزات و ماشین آلات صنعتی کشاورزی، ماشین‌های چمن زنی، جرثقیل، مخلوط کن بتن، کامیون‌ها، تریلرها، برج‌های انتقال قدرت و… می‌باشد.
فولادهای HSLA به دلیل وزن کم و مقاومت بسیار بالا، در صنایع خودرو سازی بسیار پر کاربرد هستند.
چند مورد از فولادهای کم‌آلیاژ عبارتند از:
D6AC
300M
256A
کاربردهای متداول فولاد کم آلیاژ
اولین قدم برای شناخت فولاد کم آلیاژ، آگاهی از کاربردهای رایج آن است. همه آنها در بسیاری از صنایع متفاوت استفاده می‌شوند. کاربردهای فولاد کم آلیاژ از وسایل نقلیه نظامی ، تجهیزات خاکبرداری و ساخت و ساز و کشتی ها تا خطوط لوله کشور، مخازن تحت فشار و لوله کشی، سکوهای حفاری نفت و سازه‌های فولادی اشاره کرد.
چندین گروه مشترک از انواع فولاد آلیاژی ، که از فولادهای HY 80 ، HY 90 و HY 100 شروع می شود ، برای ساخت بدنه کشتی، زیردریایی، پل و وسایل نقلیه ساخت و ساز استفاده می شود. این فولادهای کم آلیاژ حاوی نیکل ، مولیبدن و کروم هستند که به مواد قابلیت جوشکاری، چقرمگی و استحکام اضافه میکنند. هنگام جوشکاری فولادهای کم آلیاژ، به طور معمول به پیش گرم کردن و پس گرم کردن نیازی نیست.
برای استحکام ، چقرمگی در دماهای پایین و انعطاف پذیری ، فولادهای ASTM A514 ، A517 و T1 کوئنچ و تمپر شده‌اند. این آلیاژها در کاربردهایی مانند ساخت تجهیزات سنگین و دیگ بخار و ساخت مخازن تحت فشار استفاده می شوند.
فولادهای هوازده مانند ASTM A242 ، A588 و A709 گرید 50W برای تولید یک لایه محافظ و مقاوم در برابر خوردگی به برخی آلیاژهای خاص متکی هستند. این لایه که نمای زیبایی به فولاد می دهد برای اولین بار به عنوان فولاد کورتن معرفی شد. فولادهای هوازده در آثار هنری، پل‌ها و ساختمان‌ها (برای دادن زیبایی به نماها) از محبوبیت خاصی برخوردار هستند.
انتخاب فلز پرکننده مناسب برای فولاد کم آلیاژ
فلزات پرکننده برای جوشکاری فولادهای کم آلیاژ (صرف نظر از نوع خاص) به طور معمول با ترکیب شیمیایی و مکانیکی فلز پایه مطابقت دارند. به عنوان یک قاعده، فلزات پرکننده کم آلیاژ باتوجه به استحکام کششی آنها طبقه بندی می شوند. این فلزات حاوی عناصر آلیاژی مانند کروم ، نیکل یا مولیبدن هستند. فلزات پرکننده برای مطابقت با ترکیبات شیمیایی مواد پایه کم آلیاژ، استحکام فلز جوشکاری و کاربرد آنها طراحی شده اند.
برای اطمینان از موفقیت در جوشکاری ، فلزات پرکننده برای فولادهای کم آلیاژ باید با کشش و استحکام بالای فلز پایه مطابقت داشته و یا از خاصیت کشش و استحکام تسلیم آن برخوردار باشد. البته ممکن است همیشه یک مورد مناسب امکان پذیر نباشد، بنابراین لازم است که نزدیک ترین مورد ممکن را (با چند استثنا) پیدا کنید.
به عنوان مثال، هنگام جوشکاری فولادهای کم آلیاژ متفاوت، توصیه می‌شود از فلزات پرکننده متناسب با ماده پایه با مقاومت کمترانتخاب شود.
یکی دیگر از عواملی که هنگام انتخاب فلزات پرکننده کم آلیاژ باید به آن توجه کرد، ضخامت فولاد کم آلیاژ است که قصد جوشکاری آن را دارید. فولادهای کوئنچ و تمپر شده مانند A514 تا زمانی که ضخامت آن کمتر از 21/2 اینچ باشد، دارای خاصیت کششی ، تسلیم و کشیدگی خاصی هستند. فرآیندهای کوئنچ و تمپرعوامل این تغییرات هستند. زیرا کوئنچ مواد ضخیم تر، منجر به استحکام‌های تسلیم و کششی حداقل می شوند. بنابراین ماده ضخیم تر ممکن است به فلزات پر کننده با استحکام کمتر نیاز داشته باشد.
اینکه از فلز کم آلیاژ در کجا استفاده شود، در انتخاب فلز پرکننده کم آلیاژ هم تاثیرگذار است.
