این محصول در قالب ورد و قابل ویرایش در 179 صفحه می باشد.
فهرست
فصل اول مقدمه ۱
فصل دوم :مروری بر منابع ۴
۱-۲- فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا ۵
۱-۱-۲- طبقه بندی فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا ۶
۲-۱-۲- اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده ۸
۳-۱-۲- انواع گوناگون فولادهای فریت – پرلیت میکروآلیاژ شده ۸
۴-۱-۲- اثرات عناصر میکروآلیاژی روی مشخصه های به عمل آوری ۱۸
۵-۱-۲- به عمل آوری فولادهای پتک کاری میکروآلیاژ شده ۱۹
۶-۱-۲- کنترل خصوصیات ۱۹
۷-۱-۲-اثرات عناصر میکروآلیاژی شده روی پتک کاری ۲۰
۲-۲- مهندسی محصولات آهنگری فولادهای ساختمانی میکروآلیاژی ۲۲
۳-۲- تبلور مجدد استاتیکی فولاد آستنیت تغییر شکل یافته و رسوب سینتیک القا شده در فولادهای میکروآلیاژی وانادیوم ۳۵
۱-۳-۲- تبلور مجدد استاتیکی ۳۷
۲-۳-۲- نمودارهای دما و زمان رسوب PTT ۴۸
۳-۳-۲- مقایسه ی بین Tnr , SRCT ۵۱
۴-۲- ریز ساختار و ویژگی های فولاد کم آلیاژ مقاوم به دما ۵۴
۱-۴-۲- ترکیب شیمیایی ۵۸
۲-۴-۲-پردازش و عمل آوری ترمو مکانیکی ۵۹
۳-۴-۲- ریز ساختار ۶۲
۴-۴-۲- تنش تسلیم دمای فزاینده ۶۳
۵-۴-۲- سختی ضربه ای ۶۵
۶-۴-۲- مقاومت به دما ۶۶
۵-۲- فرآیند ترمو مکانیکی و ریز ساختار فولاد میکرو آلیاژی و محصولات میله ای سیمی ۶۸
۱-۵-۲- میکروساختار و خواص آن ۷۲
۲-۵-۲- پیشرفت های بعدی ۷۶
۶-۲- بهبود استحکام ضربه و خواص کششی در فولاد میکروآلیاژی آهنگری گرم وانادیوم – نیوبیوم از طریق کنترل میکروساختار ۷۷
۱-۶-۲- خواص مکانیکی ۸۰
۲-۶-۲- میکروساختار ۸۵
۳-۶-۲- میکروساختار ۹۰
۴-۶-۲- خواص مکانیکی ۹۳
فصل سوم:نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۱۰
نتیجه گیری ۱۵۰
پیشنهادات ۱۶۵
مراجع ۱۷۰
چکیده
فولادهای میکروآلیاژی به عنوان خانواده‌ای از فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا هستند تولید فولادهای میکروآلیاژی یکی از مهمترین پیشرفت های متالورژیکی چند دهه اخیر بوده است ، این فولادها به خاطر داشتن ترکیب عالی از خواصی همچون استحکام بالا ، چقرمگی مطلوب ، انعطاف پذیری و قابلیت جوشکاری مناسب ،از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند مقادیر بسیار جزئی از عناصر میکروآلیاژی می توانند تأثیر به سزایی بر خواص نهایی فولاد داشته باشند .
از آنجایی که این فولادها هنوز در دست تحقیق می باشند و همچنین از آنجائیکه یکی از روش های بهبود خواص در فولادهای میکروآلیاژی فرآیندهای ترمومکانیکی (از قبیل Hot rolling Forgingو…) می باشند لذا در این پروژه هدف ، بررسی این فرآیند ها و همچنین معرفی و طبقه‌بندی فولادهای میکروآلیاژی می باشد .
مقدمه
یکی از انواع فولادهای میکروآلیاژی، فولادهای میکروآلیاژی آهنگری می باشند .
فولادهای میکروآلیاژی آهنگری اولین بار اواخر دهه ۷۰ معرفی شدند لازمه ی استفاده از این فولادها رسیدن به استحکام کششی بالا حین آهنگری بود . همچنین از این طریق روش های سرد کردن و آبدیده کردن که پر هزینه و برای محیط زیست مضر بود حذف می شد با این حال بخش هایی که از فولاد آهنگری میکروآلیاژی ساخته می شوند در مقایسه با روش های دیگر استحکام کمتری داشته این موضوع کاربرد آنها را به ویژه در بخش های ایمنی محدود می کرد اولین نسل فولادهای میکروآلیاژی (وانادیوم – منگنز – کربن ) دارای میکروساختار فریت – پرلیت بودند که استحکام پایینی داشتند بنابراین در سالهای اخیر تحقیقات روی حذف یا کاهش پرلیت تشکیل شده پس از جوشکاری متمرکز شده، که دارای میکروساختار فریت – پرلیت دارای استحکام ضربه بالا است. مانند فریت نوک تیز که آن را از طریق کنترل پارامترهای پرداخت و ترمومکانیکی اصلاح می کنند هدف نهایی این تلاش تولید بخش هایی با استحکام و سختی بالا که برای کاربرد در بخش های ایمنی اتومبیل مناسب هستند می باشند یک فریت نوک تیز در دمای پایین تر از فریت – پرلیت پرویوتکتویید و بالا تر از دمای آغاز مارتنزیت شکل می گیرد بنابراین دامنه ی دمای تغییر شکل آن مانند بینیت است همچنین گزارش شده است که مکانیزم تغییر شکل بینیت با فریت نوک تیز مشابه است . ولی سایت های هسته سازی مربوط به آنها متفاوت می باشد در بینیت ضخامت فریت در محدوده های دانه آستنیت آغاز می شود و دسته هایی از صفحات موازی با جهت کریستالوگرافی یکسان تشکیل می دهند. در مقابل به خوبی پذیرفته شده است که فریت نوک تیز به شکل درون دانه ای[۱] یا مرز دانه ای در دسته هایی درون دانه های بزرگ آستنیت هسته سازی می کنند و سپس در جهت های گوناگون پخش می شوند همچنین گفته می شود فریت نوک تیز در حقیقت همان بینیت است که بصورت درون دانه ای یا مرز دانه ای هسته سازی شده است یا اینکه از برخوردهای چند گانه فریت و یدمن اشتاتن و فریت پلی گونال که به صورت درون دانه ای یا مرز دانه ای یا هسته سازی شده است به وجود آمده است حالت هسته سازی فریت نوک تیز به گونه ای است که باعث تنظیم آشفته و بی نظمی صفحات و دانه های نرم می شوند و دانه های آن نرم می شود که حاصل آن میکروساختاری است که در مقایسه با بینیت عادی نظم کمتری دارد این ساختار بهتر ، بیشتر شکافها را منحرف می کند و بنابراین از دیدگاه استحکام مناسب تر هستند.
رشد صفحات فریت باعث می شود که میزان کربن آستنیت های باقیمانده بیشتر شوند که ممکن است بدون تغییر باقی بماند یا به مارتنزیت یا بینیت و یا کاربید های درهم تبدیل شوند .
با به کارگیری کشش، آستنیت تغییر شکل نداده و به مارتنزیت تبدیل می شود که سختی کشش را افزایش می دهد در میکروساختار لایه ای[۲] فریت ، حذف پرلیت و کاهش تولید کاربیدهای بین لایه ای[۳] و کنترل میزان آستنیت باقیمانده برای رسیدن به استحکام بهینه و خواص سختی مناسب ضروری است .
در قسمتی از این پروژه اثر پارامترهای فرآیند ترمومکانیکی روی ویژگی های میکروساختاری که در بالا ذکر شد مورد بررسی قرار گرفته است .
هدف این قسمت توسعه ی فرآیند آهنگری برای رسیدن به استحکام و سختی بالا می باشد تا بتوان بخش های ایمنی اتومبیل را توسط آنها ساخت .
اما بطور کلی هدف ما از انتخاب این موضوع و بحث و بررسی در مورد انواع فولادهای میکروآلیاژی بررسی روش های بهبود خواص مکانیکی این فولادها بطور مثال همین فولاد میکروآلیاژی آهنگری و سایر فولادها می باشد .
برای بررسی روش های بهبود خواص مکانیکی فولادهای میکروآلیاژی روش های مختلفی وجود دارد از جمله روش عملیات حرارتی ، ترمومکانیکی و … می باشد که ما در این پروژه از روش ترمومکانیکال استفاده می کنیم که شامل بخشهای زیر می باشد .
۱-بهبود استحکام ضربه و خواص کششی در فولاد میکرو آلیاژی آهنگری گرم Nb-V
2- مهندسی محصولات آهنگری فولادهای ساختمانی میکروآلیاژی
۳- فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا[۴]
۴- تبلور مجدد استاتیکی فولاد آستنیت تغییر شکل یافته و سینتیک رسوب القا شده در فولادهای میکروآلیاژی و انادیوم
۵- ریز ساختار و ویژگی فولاد کم آلیاژ مقاوم به دما
۶- فرآیند ترمومکانیکی و ریز ساختار فولاد میکرو آلیاژی و محصولات میله ای سیمی
۱-۲- فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا :
فولادهای کم آلیاژ و دارای استحکام بالا[۵] و یا فولادهای میکروآلیاژ شده ، برای فراهم نمودن خصوصیات مکانیکی بهتر و یا مقاومت بیشتر در برابر خوردگی جوی نسبت به فولادهای کربن قراردادی طرح شده اند . این خصوصیات برای فولادهای آلیاژ در مفهوم طبیعی در نظر گرفته نمی شوند چون این فولادها برای برآوردن خصوصیات مکانیکی ویژه به جای ترکیب شیمیایی طرح می شوند فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام های تسلیم بیشتر از MPa 275 یا ksi 40 می باشند . ترکیب شیمیایی یک فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا به ویژه ممکن است برای ضخامت های متفاوت محصول فرق داشته باشد تا نیازمندی های خصوصیت مکانیکی را برآورده سازند . فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا به شکل ورقه ای یا صفحه ای مقدار کربن پایینی دارند (c 05/0 تا ۲۵/۰ – % ) تا شکل پذیری و قابلیت جوش کافی را تولید کنند و آنها مقدار منگنز بالای ۲% دارند . کمیت های کم ، کروم ، نیکل ، مولیبدن ، مس ، نیتروژن ، وانادیوم ، نیوبیوم ، تیتانیوم و زیرکونیوم در ترکیبات متفاوت بکار می روند . طبقه های فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا عبارتند از درجه های متعدد استاندارد و اختصاصی طرح شده برای فراهم نمودن ترکیبات ویژه بهینه که دارای خصوصیاتی مثل استحکام ، چقرمگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش و مقاومت به خوردگی جوی می باشند. این فولادها به عنوان فولادهای آلیاژی در نظر گرفته نمی شوند حتی اگر چه خصوصیت بهینه اشان با استفاده از افزودنیهای کم آلیاژ به دست می آیند . علاوه بر این فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا بصورت یک طبقه فولاد جداگانه طبقه بندی می شوند که شبیه به فولاد نورد شده دارای کربن کم هستند و خصوصیات مکانیکی افزایش یافته ای دارند که با اضافه کردن مقادیر کم آلیاژ به دست می آیند و احتمالاً با تکنیک های بعمل آوری ویژه مثل نورد کاری کنترل شده و روش هایسرد سازی شتاب یافته حاصل می شوند . این تشخیص محصول جداگانه از فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا با این واقعیت منعکس می شوند که فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا معمولاً از قیمت پایه برای فولاد های کربن قیمت گذاری می شوند نه از قیمت پایه برای فولادهای آلیاژی علاوه بر این فولادهای کم آلیاژ و با استحکام بالا اغلب بر اساس خصوصیات مکانیکی حداقل فروخته می شوند همراه با میزان آلیاژ خاصی که برای صلاحدید تولید کننده فولاد بر جای می ماند]۱[ .
۱-۱-۲- فولادهای[۶] کم آلیاژ دارای استحکام بالا می توانند به۶ طبقه تقسیم شوند :
۱-۱-۱-۲- فولادهای هوازدگی ، که حاوی مقادیر کمی عناصر آلیاژ کننده اند ، مثل : مس و فسفر که مقاومت بالایی در برابر خوردگی جوی و استحکام دهندگی به محلول جامد دارند .
۲-۱-۱-۲- فولادهای پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده : که حاوی افزودنیهای بسیار کم( معمولاً کمتر از ۱۰/۰% ) کاربید قوی و یا عناصر تشکیل دهنده کربونیترید مثل نیوبیوم ، وانادیوم و یا تیتانیوم هستند تا به رسوب استحکام دهند ، تصفیه ی دانه ای انجام داده و احتمال کنترل دمای تغییر شکل را داشته باشند .
۳-۱-۱-۲- فولادهای پرلیتی نوردکاری شده : که ممکن است شامل فولادهای منگنز – کربن باشند اما می توانند افزودنی های کمی از سایر عناصر آلیاژ کننده برای بالا بردن استحکام ، چقرمگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش داشته باشند .
۴-۱-۱-۲- فولادهای فریت سوزنی ( با بینیت کم کربن ) که از جمله فولادهای کم کربن هستند (کمتر از ۰۵/۰ % کربن ) همراه با ترکیب عالی از استحکام تسلیم بالا (به بالایی MPa690 و یا ksi 100 ) قابلیت جوش و شکل پذیری و چقرمگی خوب دارند .
۵-۱-۱-۲- فولادهای دو فازی : که میکروساختمان مارتنزیتی دارند و در قالب فریتی پراکنده اند و ترکیب خوبی از شکل پذیری و استحکام کششی بالا دارند .
۶-۱-۱-۲- فولادهای کنترل شده شکل آخال : که شکل پذیری پیشرفته ای را ایجاد کرده و چقرمگی از طریق ضخامت با افزودنی های کم کلسیم ، زیرکونیوم و یا تیتانیوم و یا احتمالاً عناصر خاکی نادر را فراهم می کنند بطوریکه شکل آخال های سولفید از رشته های کشیده شده به کره های کروی کوچک پراکنده تغییر می کنند .
این طبقه ها الزاما گروه بندی های مجزایی نیستند . مثلاً یک فولاد کم آلیاژ دارای استحکام بالا ممکن است خصوصیاتی بیش از یک گروه بندی داشته باشد . به عنوان مثال همه انواع فولادهای بالا می توانند از نوع شکل کنترل شده آخال باشند . فولاد پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده نیز ممکن است آلیاژ های اضافی برای مقاومت خوردگی و استحکام دهندگی به محلول جامد داشته باشند]۱[.
کاربردهای فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا عبارتند از انشعابات گاز و نفت ، وسایل نقلیه جاده ای و بزرگراهی سنگین ، ساختمان سازی و ماشین آلات کشاورزی ، تجهیزات صنعتی ، تانک های ذخیره سازی ، ماشین های معدن و راه آهن ، برف روب ها ، لاروبی کننده ها و کرجی ها ، تیرهای چراغ برق و تیرک های ساختمان و پانل ها از جمله موارد استعمال دیگر این فولادها می باشند .
انتخاب یک فولاد ویژه با استحکام بالا به تعدادی از نیازمندی های کاربرد بستگی دارد از جمله کاهش ضخامت ، مقاومت خوردگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش . در مورد بعضی از کاربردها مهمترین فاکتور در فرآیند انتخاب فولاد نسبت بهینه استحکام به وزن فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا یا فولادهای قراردادی کم کربن است این مشخصه فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا منجر به استفاده ی روز افزون شان در اجزاء اتومبیل شده است ]۱[.
۲-۱-۲- اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده :
این بخش بر روی فولادهای پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده تاکید کرده است ، که از افزودنی های عناصر آلیاژ کننده مثل نیوبیوم و وانادیوم برای بالا بردن کربن و یا محتواهای منگنز استفاده می کند ( و به این ترتیب توانایی حمل بار بالا می رود ) بررسی های گسترده در طول دهه ۱۹۶۰ بر روی اثرات نیوبیوم و وانادیوم روی خصوصیات مواد یا مصالح درجه ساختمانی باعث کشف این موضوع گردید که مقادیر کم نیوبیوم، وانادیوم هر کدام (۱۰/۰% ) فولادهای استاندارد کربن – منگنز را بدون تداخل با بعمل آوری بعدی مستحکم و قوی می سازند مقدار کربن نیز می تواند کم شود تا هم قابلیت جوش را بالا ببرد و هم چقرمگی را ، چون اثرات مقاومت دهندگی نیوبیوم و وانادیوم بخاطر کاهش در استحکام ناشی از کاهش در مقدار کربن جبران می شوند .
خصوصیات مکانیکی فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالای میکرو آلیاژ شده ، فقط در صورت افزایش عناصر میکرو آلیاژ کننده حاصل می شوند . لازمه ی وجود آستنیت که به اثرات پیچیده طرح آلیاژ و تکنیک های نورد کاری بستگی دارد ، نیز یک فاکتور مهم در تصفیه دانه ای فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالای نورد گرم است . تصفیه دانه ای در صورت وجود آستنیت با روش های نورد کاری کنترل شده ، باعث چقرمگی بالا و استحکامهای تسلیم زیاد در رنج ۳۴۵ تا ۶۲۰ مگا پاسکال(ksi 90 تا ۵۰) می شود. ]۱[
این توسعه فرآیندهای نوردکاری کنترل شده همراه با طرح آلیاژ، سطوح استحکام تسلیم بالایی را تولید کرده است که با پایین آمدن تدریجی مقدار کربن توام می باشد بسیاری از فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا میکروآلیاژ شده اختصاصی ، مقادیر کربن به کمی ۶۰/۰% و یا حتی کمتر دارند ، با این حال هنوز می توانند استحکام تسلیم حدود ۴۸۵ مگا پاسکال (ksi 70) را توسعه داده و ایجاد نمایند . استحکام تسلیم بالا ، با اثرات ترکیبی اندازه دانه ریز ایجاد شده و در طول نورد کاری گرم کنترل شده و استحکام دهندگی رسوب حاصل می شود که این خصوصیت ناشی از حضور وانادیوم ، نیوبیوم و تیتانیوم است .
۳-۱-۲- انواع گوناگون فولادهای فریت – پرلیت میکروآلیاژ شده عبارتند از :
۱-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم
۲-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم
۳-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیوبیوم
۴-۳-۱-۲- فولادهای مولیبدن – نیوبیوم
۵-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیتروژن
۶-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم
۷-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – تیتانیوم
۸-۳-۱-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم – وانادیوم
این فولادها ممکن است شامل عناصر دیگری هم باشند تا مقاومت خوردگی بالایی داشته باشند و مقاومت محلول جامد را بالا برده و قابلیت سخت کاری زیادی را در بر بگیرند( اگر محصولات تغییر شکل غیر از فریت – پرلیت بهینه باشند . ) ]۱[.
۱-۳-۱-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم :
تهیه و توسعه فولادهای حاوی وانادیوم مدت کوتاهی پس از تهیه فولادهای هوازدگی رخ می دهد و محصولات نورد شده صاف با بیش از ۱۰/۰% وانادیوم بطور وسیعی در شرایط نورد گرم بکار می روند فولادهای حاوی وانادیوم نیز در شرایط نورد کنترل شده ، نرمال شده و یا کوئنچ و تمپر شده بکار می روند .
وانادیوم با تشکیل ذرات رسوب ریز ( با قطر ۵ الی ۱۰۰ نانومتر ) V (CN) در فریت در طول سرد سازی پس از نورد گرم به قوی ساختن کمک می کند . این رسوبات وانادیوم ، که به پایداری رسوبات نیوبیوم نیستند ، محلول در همه دماهای عادی نورد کاری هستند که برای ایجاد فریت دانه ریز مفید می باشند (بخش فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم در این تحقیق را مشاهده نمایید) قوی ساختن به وسیله وانادیوم ، بین ۵تا ۱۵ مگا پاسکال ( ksi 2 و ۷/۰ ) در هر ۰۱/۰ ترکیب شیمیایی وانادیوم است و این حد متوسط به مقدار کربن و سرعت سرد سازی حاصل از نورد گرم بستگی دارد ( و بنابراین به ضخامت مقطع نیز بستگی دارد ) سرعت سرد سازی که با دمای نورد گرم
و ضخامت مقطع معین می شود برروی قوی ساختن سطح رسوب در فولاد ۱۵/۰% وانادیوم تاثیر می گذارد که در شکل ۱-۲ نشان داده شده است .
در سرعت های سرد سازی بالا بیشتر ذرات (CN) V در محلول باقی می ماند و بنابراین بخش کوچکتری از ذرات (CN) V رسوب کرده و قوی ساختن نیز کاهش می یابد در مورد یک ضخامت مقطع داده شده و محیط سرد سازی ، سرعت های سرد سازی می توانند با افزایش یا کاهش دما قبل ازسرد سازی به ترتیب افزایش یافته و یا کاهش یابند. افزایش دما باعث بزرگتر شدن اندازه دانه ای آستنیت می شود در حالیکه کاهش دمای نورد کاری را دشوار تر می سازد .
مقدار منگنز نیز بر روی استحکام دادن فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم تاثیر می گذارد اثر منگنز روی فولاد وانادیوم نورد شده گرم در جدول (۲-۲) نشان داده شده است با افزایش ۹/۰ درصد منگنز که ناشی از قوی ساختن محلول جامد است . قوی کردن رسوب وانادیوم نیز افزایش می یابد چون منگنز دمای تغییر شکل آستنیت به فریت را پایین می آورد به این ترتیب باعث پراکندگی رسوب ریزتر می شود . این اثر منگنز روی قوی ساختن رسوب بزرگتر از اثرش در فولادهای نیوبیوم است با اینحال استحکام مطلق در یک فولاد نیوبیوم دارای Mn 2/1 % فقط حدود ۵۰ مگا پاسکال ( ksi 7) کمتر از فولاد وانادیوم است اما در سطح آلیاژی بسیار کمتری است ( یعنی nb 06/0 % در برابر ۱۴/۰% وانادیوم ) سومین عاملی که روی استحکام فولادهای وانادیوم تاثیر می گذارد اندازه دانه ای فریت تولید شده بعد از سرد سازی از دمای آستنیت کننده است . اندازه های دانه ای فریت ریزتر (که نه تنها باعث استحکام های تسلیم بالاتر شده بلکه چقرمگی و شکل پذیری را نیز بالا می برند) می توانند با دماهای تغییر شکل کمتر آستنیت به فریت و یا با شکل گیری اندازه های دانه ای آستنیت ریز تر قبل از تغییر شکل تولید شوند پایین آوردن دمای تغییر شکل که روی قوی ساختن سطح رسوب تاثیر می گذارد می تواند با افزودن آلیاژ و یا با سرعت های سردسازی افزایش یافته ایجاد شود در مورد یک سرعت سرد سازی داده شده تصفیه اندازه دانه فریت و تصفیه اندازه دانه آستنیت در طول نورد کاری صورت می گیرد .
اندازه دانه آستنیت فولادهای نورد گرم با تبلور مجدد و رشد دانه ای آستنیت در طول نورد کاری معین می شود فولادهای نورد گرم وانادیوم معمولاً دستخوش نوردکاری قراردادی قرار می گیرند اما با نورد کنترل شده تبلور مجدد تولید می شود. با نورد کاری قراردادی فولادهای وانادیوم قوی ساختن مناسب رسوب را تهیه کرده و قوی ساختن نسبتاً کمی را از تصفیه دانه ایجاد می کنند استحکام تسلیم حداکثر فولادهای وانادیوم نورد گرم قراردادی با ۲۵/۰ درصد کربن و ۰۸۷/۰ درصد وانادیوم حدود ۴۵۰ مگا پاسکال (ksi ۶۵) است . حد عملی استحکام های تسلیم برای فولاد میکرو آلیاژ شده وانادیوم نورد گرم حدود ۴۱۵ مگا پاسکال (ksi ۶۰) است حتی وقتی تکنیک های نورد کاری کنترل شده بکار روند .
فولادهای وانادیوم که در معرض نورد کاری کنترل شده تحت تبلور مجدد قرار می گیرند نیاز به اضافه کردن تیتانیوم دارند بطوریکه رسوب ریزی ازTiN تشکیل می شود که رشد دانه آستنیت را بعد از تبلور مجدد محدود می سازد . استحکام های تسلیم از نورد کاری کنترل شده قراردادی به حد عملی حدود ۴۱۵ مگا پاسکال (ksi ۶۰) محدود شده است که به دلیل فقدان تاخیر تبلور مجدد است وقتی هم استحکام و هم چقرمگی ضربه ای از جمله عوامل مهم باشند در این صورت فولاد نیوبیوم کم کربن و نورد کاری شده کنترل شده قابل ترجیح است ( مثل ورقه مقاوم به ترک خوردگی تحریک شده هیدروژن ۶۰- X )]1[
۲-۳-۱-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم :
مثل وانادیوم ، نیوبیوم استحکام تسلیم را با سخت کردن رسوب ، بالا می برد ، میزان افزایش به اندازه و مقدار کاربیدهای نیوبیوم رسوب کرده بستگی دارد .
با این حال نیوبیوم نیز یک تصفیه کننده دانه ای موثر از وانادیوم است . بنابراین اثر ترکیبی قوی کردن رسوب و تصفیه دانه فریت نیوبیوم، یک عمل قوی کننده موثرتر از وانادیوم می سازد . اضافه کردن نیوبیوم معمولاً حدود ۰۴/۰% تا ۰۲/۰% درصد است.
استحکام دهی با نیوبیوم ۳۵ تا ۴۵ مگا پاسکال (۵تا ۶ ksi )در هر ۰۱/۰ درصد اضافه کردن است . این استحکام دهی با نقص قابل توجهی از چقرمگی فاز توام می باشد . تا اینکه روندهای نوردکاری ویژه ای تهیه شدند و مقادیر کربن برای جلوگیری از شکل گیری بینیت فوقانی پایین آورده شدند . بطور کلی دماهای پرداخت کاری بالا و عبورهای تغییر شکل نوری در مورد فولادهای نیوبیوم بکار می روند چون ممکن است باعث افزایش اندازه های دانه های مخلوط و یا فریت و یدمن اشتاتن شود که چقرمگی را ناقص می کند . فولادهای نیوبیوم با نورد کاری کنترل شده و سرد کردن مستقیم تولید می شوند.
نوردکاری کنترل شده تحت تبلور مجدد فولاد نیوبیوم می تواند بدون تیتانیوم موثر باشد و این در حالی است که نورد کاری تحت تبلور مجدد فولادهای وانادیوم برای تصفیه ی دانه ای به تیتانیوم نیاز دارد . همچنین نیوبیوم بسیاری مورد نیاز است و فولادهای تیتانیوم – نیوبیوم می توانند در دماهای بالاتر نورد کنترل شده تحت تبلور مجدد بشوند. در حال حاضر فولادهای سطح ساحلی با ضخامت بیش از ۷۵ میلیمتر (in 3) و با استحکام های تسلیم ۳۴۵ تا ۴۱۵ مگا پاسکال (۵۰ تا ۶۰ ksi) بطور معمول تولید می شوند . ]۱[
۳-۳-۱-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – وانادیوم :
فولادهای میکروآلیاژ دارای نیوبیوم و وانادیوم استحکام تسلیم بالاتری در شرایط نورد گرم بطور قراردادی نسبت به فولادهای موجود را دارد . مثل فولادهای نورد گرم ، فولادهای وانادیوم – نیوبیوم تقریباً همه از استحکام افزایش یافته اشان به دلیل استحکام دهی به رسوب مشتق می شوند و بنابراین دماهای انتقال بالای شکل پذیر – شکننده دارند . اگر فولاد نورد، کنترل شده باشد اضافه کردن نیوبیوم و وانادیوم با هم از جمله مزایایی برای افزایش استحکام تسلیم و پایین آوردن دماهای انتقالی شکل پذیر – شکننده یا تصفیه دانه ای است .
معمولاً فولادهای نیوبیوم – وانادیوم با مقادیر کربن نسبتاً پایین شناخته می شوند . ( کربن کمتر از %۱۰/۰) این مقدار پرلیت را کاهش می دهد و چقرمگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش را بالا می برد . این فولادها ، معمولاً به عنوان فولادهای کاهش یافته پرلیت شناخته می شوند . ]۱[
۴-۳-۱-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده مولیبدن – نیوبیوم :
ممکن است میکروساختمان پرلیت – فریت داشته باشند و یا یک میکرو ساختمان فریت سوزنی داشته باشند ، در فولادهای نیوبیوم، اضافه کردن مولیبدن ، استحکام و تسلیم و استحکام کششی را حدود ۲۰ مگا پاسکال (ksi 3) تا ۳۰ مگا پاسکال (ksi 5/4) به ترتیب در هر ۱/۰ درصد روی رنج تحقیق شده ۲۷/۰ درصد مولیبدن افزایش می دهد ، اثر اصلی مولیبدن روی میکروساختمان – تغییر مورفولوژی پرلیت و معرفی بینیت فوقانی به صورت جانشینی جزیی برای پرلیت است . با این حال ، چون مقادیر جداگانه استحکام پرلیت و بینیت تا حدی مشابهند از اینرو پیشنهاد شده است که افزایش استحکام ناشی از قوی ساختن محلول جامد و قوی ساختن زیاد رسوب (CN) Nb حاصله با نیوبیوم – مولیبدن باشد .
واکنش بین مولیبدن و نیوبیوم ( یا وانادیوم ( با اضافه کردن مولیبدن به صورت توزیعی برای افزایش قوی ساختن رسوب پیشنهاد شده است . این اثر به رسوب کاهش یافته در آستنیت به دلیل افزایش در قابلیت انحلال ناشی از کاهش در فعالیت کربن ایجاد شده با مولیبدن نسبت داده شده است . با رسوب کمتر در آستنیت ، رسوبات بیشتری می توانند در فریت تشکیل شوند که باعث بالا رفتن استحکام می شود ، همچنین مولیبدن در خود رسوبات شناسایی شده است ، حضورش ممکن است ، کارآیی قوی شدن را با افزایش و تنش های چسبندگی ( پیوستگی ( و یا با افزایش کسر حجم رسوب ، بالا برد ، این فاکتور های متالوژیکی وقتی در رابطه با کارآیی نورد کنترل شده برای دماهای زیر دمای AR3 در نظر گرفته می شوند، منجر به تهیه فولاد خط لوله نیوبیوم- مولیبدن ۷۰-X مقرون به صرفه تر می شوند . ]۱۱[
۵-۳-۱-۲- فولادهای میکرو آلیاژ شده ی وانادیوم – نیتروژن :
وانادیوم ، به طور قوی تر از نیوبیوم ، با نیتروژن ترکیب می شود و رسوبات نیترید وانادیوم در فولاد نیتروژن – وانادیوم تشکیل می دهند . افزودنی های نیتروژنی به فولادهای دارای استحکام بالا و حاوی وانادیوم ، از لحاظ تجاری مهم شدند چون افزودنی ها ، سخت کاری رسوب را بالا می برند . سخت کاری رسوب ممکن است با کاهش در چقرمگی فاز همراه باشد ، اما این کاهش اغلب با کم کردن محتوای کربن دیگر صورت نمی گیرد ، رسوب نیترید وانادیوم نیز به صورت یک تصفیه کننده دانه ای عمل می کند .
بعضی از تولید کنندگان از افزودنی های نیتروژن استفاده می کنند تا به قوی ساختن رسوب ورقه سرد و کنترل شده با ضخامت بالای ۵/۹ میلیمتر (in 375/0) کمک کنند ورقه های نورد گرم دارای وانادیوم و دارای ۰۲۲/۰% تا ۰۱۸/۰% درصد نیتروژن باسرد سازی کنترل شده با ضخامت بالای ۱۶ میلیمتر ( in 625/0 ) و دارای استحکام های تسلیم ۵۵۰ مگا پاسکال (ksi 80)تولید شده اند . با این حال ، ترک خوردگی به تاخیر افتاده ، یک مشکل اصلی در این فولادهاست . استفاده از نیتروژن ، برای فولاد هایی توصیه نمی شود که جوش می خورند چون اثر مخربی روی چقرمگی فاز در ناحیه ی تحت تاثیر گرما دارد.]۱[
۶-۳-۱-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده ی تیتانیوم :
تیتانیوم در فولاد های کم کربن به صورت ترکیباتی شکل می گیرد که تصفیه دانه ، قوی ساختن رسوب و کنترل شکل سولفید را فراهم می آورد . با اینحال ، چون تیتانیوم نیز یک دی اکسید کننده قوی است ، از این رو ، تیتانیوم می تواند فقط در فولادهای کاملاً کشته شده به کار رود ( آلومینیوم دی اکسید شده ) به طوری که تیتانیوم برای شکل دهی ترکیباتی غیر از اکسید تیتانیوم موجود است . از لحاظ تجاری ، رسوب فولاد های قوی شده با تیتانیوم با ضخامت بیش از ۹/۵ میلیمتر (in 375/0 ) و با استحکام تسلیم حداقل متغیر از ۳۴۵ تا ۵۵۰ مگا پاسکال (۵۰ تا ۸۰ ksi) با نورد کاری کنترل شده مورد نیاز برای به حداکثر رساندن استحکام و بالا بردن چقرمگی ، تولید می شوند .
مثل فولادهای نیوبیوم و یا وانادیوم ، فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم ، با مکانیزم هایی مستحکم می شوند که با ترکیبی از تصفیه دانه و استحکام دهی رسوب توام می باشند ، ترکیبی که به مقدار افزودنی های آلیاژ و روشهای به عمل آوری بستگی دارد . در فولادهای ریختگی پیوسته و یا مجدداً حرارت داده شده ، مقادیر کمی از تیتانیوم ( تیتانیوم ۰۲۵/۰ درصد> ) از جمله تصفیه کننده های دانه موثرند . چون ریشه دانه آستنیت با نیترید تیتانیوم به تاخیر می افتد (شکل a3-2 )
مقادیر کم تیتانیوم در نورد کاری کنترل شده تحت تبلور مجدد نیز موثر است ، چون نیترید تیتانیوم ، رشد دانه آستنیت باز متبلور شده را به تاخیر می اندازد . در نورد کاری کنترل شده قراردادی ، تیتانیوم ، تصفیه کننده دانه متوسط است ، که تصفیه کمتر از نیوبیوم را ایجاد می کند اما بیشتر از وانادیوم است .
بنابراین برای قوی کردن رسوب ( شکل b ۳-۲) مقدار کافی تیتانیوم برای تشکیل کاربید تیتانیوم مورد نیاز است، درصد های کم تیتانیوم ( تیتانیوم ۰۲۵/۰درصد > ) اساساً نیترید تیتانیوم تشکیل می دهند ، که روی رشد دانه آستنیت تاثیر دارند اما اثر کم روی قوی کردن رسوب دارند چون رسوب های تشکیل شده در مایع ، درشت و ناهموار هستند . افزایش مقدار تیتانیوم منجر به تشکیل آخال های سولفید منگنز حاوی تیتانیوم (Mn,Ti)S می شود و سپس کربوسولفیدهای کروی ، Ti4,C2,S2 تشکیل می شوند ( که کنترل شکل سولفید را انجام می دهند . ) ]۱[
شکل گیری Ti4,C2,S2همراه با شکل گیری کاربید تیتانیوم (TiC ( است و با آن دنبال می شود ، که می تواند برای قوی کردن رسوب فولادهای کم کربن به کار رود . برای تعیین مقدار تیتانیوم که برای قوی کردن رسوب موجود است ، مقدار کامل تیتانیوم باید برای شکل گیری نیترید تیتانیوم و کربوسولفیدهای نامحلول و درشت تنظیم شود . این نمونه ها در قوی ساختن رسوب ، ته نشین نمی شود . استحکام مشاهده شده از لحاظ آزمایشی که از رسوب TiC افزایش می یابد، برای هر ذره بسیار ریزی ( کمتر از ۳۰ آنگستروم) تا بالای ۴۴۰ مگا پاسکال متغیر است (شکلb3-2)
اگر مقدار کافی تیتانیوم به کار رود ، تیتانیوم بعداً می تواند استحکام دهی رسوب بیشتر از نیوبیوم و یا وانادیوم فراهم کند . با این حال چون سطوح بالاتر استحکام دهی رسوب ، معمولاً توام با چقرمگی کم شده است ، از این رو تصفیه دانه برای توسعه و بالا بردن چقرمگی ضروری می شود .
تیتانیوم یک تصفیه کننده دانه ای متوسط است ( در مقایسه با نیوبیوم و وانادیوم در فولادهای نورد گرم شده ) و سطوح بالای استحکام دهی رسوب فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم باعث کاهش شدید در چقرمگی می شود . استفاده از فقط تیتانیوم به عنوان یک استحکام دهنده در نوار نورد گرم پر استحکام منجر به تغییر پذیری غیر قابل قبول در خصوصیات مکانیکی می شود . (شکلb3-2). ]1[
مقاله معرفی و طبقه بندی فولادهای میکروآلیاژی