پایان نامه فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا در word دارای 93 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد پایان نامه فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا در word کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است
بخشی از فهرست مطالب پروژه پایان نامه فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا در word
مشخصات ;..
فصل اول آشنایی بافولادهای HSLA
11 مقدمه
2-1 دسته بندی فولاد های HSLA .
1-2-1 فولاد های هوازده ;.
2-2-1 فولاد های فریتی- پرلیتی میکروآلیاژی .
1-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی وانادیمی
2-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی نیوبیم دار ;..
3-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی نیوبیم- وانادیم دار..
4-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی نیوبیم- مولیبدن ;.
3-2-1 فولاد های ساختمانی پرلیتی نورد شده .
4-2-1 فولاد های فریت (و یا بینیت کم کربن) سوزنی ;..
5-2-1 فولاد های دو فازی
6-2-1 فولاد های حاوی ناخالصی با شکل کنترل شده
فصل دوم کاربردهای فولادHSLA;.
1-2 مقدمه . 23 2-2 دیسک توربین هواپیما ..
3-2 صنعت خودروسازی;..
فصل سوم کنترل خواص فولادهای HSLA ;
1-3 مقدمه .
2-3 مکانیزم استحکام دهی در فریت ..
1-2-3 ریز شدن دانه ها ;..
2-2-3 استحکام دهی رسوب سختی ;.
3-3 روش تهیه فولاد ;
4-3 ترکیب شیمیایی و عناصر آلیاژی ;.
5-3 نورد کنترل شده
1-5-3 نورد کنترل شده معمولی ;..
2-5-3 نورد کنترل شده همراه با تبلور مجدد ;
3-5-3 نورد کنترل شده همراه با تبلور مجدد دینامیکی ;..
فصل چهارم عملیات حرارتی فولادهای HSLA ;..
1-4 مقدمه ..
2-4 استفاده از دیاگرام های سرد کردن TTT و پیوسته ..
1-2-4 آزمون سختی پذیری .
1-1-2-4 آزمون گراسمن ..
2-2-4 اثر اندازه دانه و ترکیب شیمیایی بر روی سختی پذیری
3-4 عملیات تمپر کردن مارتنزیت .
مقدمه ..
1-3-4 تمپر کردن فولاد های کربنی معمولی ;..
1-1-3-4 تمپر شدن: مرحله اول ;..
2-1-3-4 تمپر شدن: مرحله دوم ;..
3-1-3-4 تمپر شدن: مرحله سوم ;
4-1-3-4 تمپر شدن: مرحله چهارم .. 59
2-3-4 تمپر کردن فولادهای آلیاژی
1-2-3-4 تاثیر عناصر آلیاژی روی تشکیل کاربید های آهن ;..
2-2-3-4 تشکیل کاربید های آلیاژی ;.
3-3-4 رسوب دهی پیچیده .
فصل پنجم تاثیر عملیات حرارتی بر روی خواص مکانیکی فولادهای HSLA ;
1-5 تاثیر عملیات حرارتی بر روی خواص کششی ;
1-1-5 پدیده نقطه تسلیم بالایی .
2-1-5 توان کرنش سختی ;
2-5 تاثیر عملیات حرارتی بر روی رفتار شکست خستگی ;
3-5 تاثیر عملیات حرارتی بر روی سختی ;.
مراجع .
بخشی از منابع و مراجع پروژه پایان نامه فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا در word
1) ج. آر. دیویس، ” آلیاژسازی”،1386، مترجم امیر رضا گردش زاده، انتشارات نوپردازان، تهران،
2) اس. ا. مگید، “مکانیک شکست”،1387، ترجمه غلامحسین فرهی، انتشارات دانشگاه بوعلی سینا، همدان،
3) ک. دهقانی، ا. مومنی، “متالورژی عملیات ترمومکانیکی” ،1386، ، انتشارات فدک، تهران، جلد اول: دسته بندی، مکانیزم های استحکام دهی و فرآیندهای ترمیم
4) م. گلعذار، “اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها (ویرایش دوم)”، 1386، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، چاپ هشتم، اصفهان،
5) High- Strength structural and high strength low alloy steels, Properties and selection: Iron, Steels and High Performance alloys, ASM Handbook, ASM International, 1990, pp389-
6) P.K.Ray, R.I.Ganguly, A.K.Panda, “Optimization of mechanical properties of an HSLA-100 steel through control of heat treatment variables”, Materials Science and Engineering A, Vol 346(2003) pp122-
7) W.yan, L.Zhu, W.Sha, Y.Y.Shan, KK.Yang, “Change of tensile behaviour of a high strength low alloy steel with tempering temperature”, Materials Science and Engineering A, xxx(2009)xxx
8) I.B.Timokhina, P.D.Hodyson, S.P.Ringer, R.K.Zheng, E.V.Pereloma, “precipitation characterization of an advanced high strength low alloy (HSLA) steel using atom probe tomography”, Scripta Materialia 56 (2007) pp601-
9) S.K.Das, N.Narasaiah, S.Sivaprasad, S.Chatterjee, S.Tarafdar, “Effect of aging on fatigue crack growth behaviour of cu bearing HSLA-100 steel”, Materials Science and Technology, Vol 23(2007) pp177-
10) M.Takahashi, “development of high strength steels for automobiles”, Nippon steel technical report, Vol 88(2003) pp2-
11) W.B.Lee, S.G.Hang, C.G.Park, K.H.Kim, S.H.Park, Scripta Mater, Vol.43(2000) pp
12) Y.Funakawa, T.Shiozaki, K.Tomita, T.Yamamoto, E.Maeda, ISIJ Int, Vol.44(2004) pp
13) J.Majta, K.Muszka, “Mechanical properties of ultra fine grained HSLA and Ti- IF steels”, Materials Science and Engineering A, Vol.464 (2007) pp186-
14) S.K.Mishra(Pathak), S.Ranganathan, S.K.Das, “Investigations on precipitation characteristics in a high strength low alloy (HSLA) steel”, scripta materialia, vol.39(1998)pp 253-
15) H.J.Jun, J.S.Kang, D.H.Seo, K.B.Kang, C.G.Park, “Effect of deformation and boron on microstructure and continuous cooling transformation in low carbon HSLA steels”, Materials Science and Engineering A, Vol.422(2006)pp 157-
16) A.D.Wilson, E.G.Hamburg, D.J.Colvin, S.W.Thompson, G.Krauss, proceeding on the international conference on microalloyed HSLA steel, microalloying 88, ASM International Metals park, ohio, USA, 1988, p
17) K.O.Lee, J.M.Kim, M.H.Chin, S.S. Kang, “A study on the mechanical properties for developing a computer simulation model for heat treatment process”, Journal of Materials processing Technology, Vol 182 (2007) pp 65-
18) S.K.Das, S.Sivaprasad, S.Das, S.Chatterjee, S.Tarafder, “The effect of variation of microstructure on fracture mechanics parameters of HSLA-100 steel”, Materials Science and Engineering A, Vol.431(2006)pp68-
19) P.B.Shrikant, E.F.Morris, “Fatigue crack nucleation in iron and a high strength low alloy steel”, Materials Science and Engineering A, Vol.314(2001)pp 90-
20) H.K.D.H.Bhadeshia, R.W.K.Honeycombe, “Steels: microstructure and properties”, Elsevier, Third edition, 2006, USA
21) G.B.Olson, W.S.Owen, “Martensite- A tribute to morris cohen”, ASM International, Materials park, OH,
22) K.A.Taylor, L.Chang, G.B.Olson, G.D.W.Smith, M.Cohen, J.B.Vander sande, Metall Trans A, Vol.20A (1989) pp 2717-
23) B.P.J.Sandvik, Metall Trans A, Vol.13A (1982) pp789-
24) T.Gladman, “second phase particle distribution and secondary recrystallisation”, scripta metallurgica et materialia, 27(1992) pp1569-
25) S.K.Mishra, S.Das, S.Ranganathan, “Precipitation in high strength low alloy (HSLA) steel: a TEM study”, Materials Science and Engineering A, Vol 323(2002) pp285-
26) M.Charleux, W.J.Poole, M.Militzer, A.Deschamps, “Precipitation behaviour and its effect on strengthening of an HSLA-Nb/Ti steel”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol 32a(2001) pp1635-
27) J.Basansky, D.A. Porter, H.Astron, K.E. Easterling: Scand j. metal, 1977, Vol.6, pp31-
28) D.L.Shu, Metallic mechanical property, 2nd ed, China machine press, Beijing,1997,pp12-
29) J.H.Holloman, Trans: Met. Soc. AIME 162(1945)pp 268-
30) Q.L.Yang, L.Zhang, Acta Metall, Sin, A20(1984)p
31) S.Panwar, D.B.Goel, O.P.Pandey, K.Satya, “Aging of a copper bearing HSLA-100 steel”, Bull.Material Science, Vol 26(2003)pp441-
32) S.K.Das, S.Chaterjee, S.Tarafder, “Effect of microstructures on deformation behaviour of high strength steel”, Journal of Material Science Vol 44(2009) pp 1094-
33) P.Antoine, S.Vandeputte, J.B.Vogt, ISIJ Int, Vol.45(2005) pp399-
34) S.Sivaprasad, S.Tarafder, V.R.Ranganath, S.K.Das, K.K.Ray, Metall Mater Trans A, Vol.33A (2002) p
35) M.Mujahid, A.K.Lis, C.I.Garcia, A.J.Deardo, Proc. Conf. on advances in low carbon high strength ferrous steels LCF A-92 O. N. Mohanty, B.B.Rath, M.A.Imam and C.S.Sivaramakrishnan (Eds), Indo-US pacific rim workshop, Trans Tech pub., Jamshedpur, India, March 25-28 (1992), p
36) M.Mujahid, A.K.Lis, C.I.Garcia, A.J.Deardo, proc. Int. Conf. on processing, microstructures and properties of microalloyed and other modern high strength low alloy steels, iron and steel society, Pittsburgh, PA, June 3-6, 1991, p
37) S.panwar, D.D.Goel, O.P.Pundey, “Effect of cold work and aging on mechanical properties of a copper bearing microalloyed HSLA-100 (GPT) steel”, Bull. Material Science, Vol 30(2007)pp73-
1-1 مقدمه
فولاد های کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) گروهی از فولاد های کم کربن هستند که در آن ها مقادیر کم عناصر آلیاژی برای رسیدن به استحکام تسلیم های بالاتر از Mpa257 (Ksi40) در شرایط نرمال شده یا نورد شده به کار رفته است. این فولاد ها نسبت به فولاد های کربنی نورد شده خواص مکانیکی و در بعضی موارد مقاومت خوردگی بهتری دارند. علاوه بر این، به خاطر اینکه فولاد های HSLA می توانند با مقادیر کربن کم استحکام بالاتری داشته باشند، جوش پذیری فولاد های HSLA قابل مقایسه با فولاد های کشته شده است و در بعضی موارد از آن هم بهتر است
فولاد های کم آلیاژ استحکام بالا ابتدا توسط عملیات نورد گرم به فرم محصول خام در می آیند (صفحه، تسمه، شمش، قطعات ساختمانی) و می توان گفت که اغلب در حالت نورد گرم شده تولید می شوند. به هر حال، تولید محصولات HSLA نورد گرم شده شامل فرآیند های مخصوص نورد گرم می باشد که باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد های HSLA می شوند. این روش ها عبارتند از
نورد کنترل شده فولاد های HSLA رسوب سخت شونده برای تهیه دانه های آستنیتی ریز و یا دانه های آستنیتی بسیار تغییر شکل داده شده (کلوچه ای شکل) که در هنگام سرد کردن به دانه های ریز فریت تبدیل می شوند و در نتیجه تافنس و استحکام تسلیم را بهبود می بخشد (و در نتیجه باعث افزایش تافنس و بهبود استحکام تسلیم می گردد)
سرد کردن سریع (شتابنده) بر روی فولاد های HSLA ترجیحا نورد کنترلی شده برای تولید دانه های فریتی ریز در هنگام استحاله آستنیتی. این سرعت سرد کردن نباید آن قدر زیاد باشد که فریت سوزنی تشکیل شود و نباید آن قدر کم باشد که باعث فرا پیر سخت شدن[1] رسوبات گردد
عملیات نرمال کردن فولاد های HSLA حاوی وانادیم برای ریز کردن اندازه دانه ها که منجر به بهبود تافنس و استحکام تسلیم می شوند
عملیات آنیل کردن بحرانی[2] بر روی فولاد های HSLA برای به دست آوردن ساختار های دو فازی (جزایر مارتنزیتی پخش شده در زمینه فریتی). این ساختار هر چند که استحکام تسلیم پایینی دارد ولی به خاطر ظرفیت کار سختی سریع آن، می تواند به ترکیب بهتری از تافنس و استحکام کششی نسبت به فولاد های HSLA معمول دست پیدا کند و همچنین سبب بهبود شکل پذیری می شود
کارایی و به صرفه بودن هر کدام از این روش ها بستگی زیادی به شکل محصول و مقدار عناصر آلیاژی دارد]5[
2-1 دسته بندی فولاد های HSLA
فولاد های کم آلیاژ استحکام بالا، شامل بسیاری از گرید های استاندارد می شوند که برای ایجاد ترکیباتی از خواص مانند استحکام، تافنس، شکل پذیری، قابلیت جوشکاری و مقاومت به خوردگی اتمسفری طراحی می شوند. این فولاد ها جزء فولاد های آلیاژی محسوب نمی شوند. اگر چه خواص مطلوب آن ها با استفاده از مقادیر کم عناصر آلیاژی به دست می آید. این فولاد ها به عنوان گروهی جداگانه دسته بندی می شوند و مشابه فولاد کم کربن نورد شده با خواص مکانیکی بهبود یافته هستند. با افزودن مقدار کمی عناصر آلیاژی و به کار گیری تکنیک های خاص، مانند نورد کنترل شده و سرد کردن سریع، به دست می آیند
معمولا قیمت گذاری فولاد های HSLA از قیمت پایه فولاد های کربنی انجام می شود، نه قیمت پایه فولاد های آلیاژی. علاوه بر این فولاد های کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) بر مبنای حداقل خواص مکانیکی و مقدار عناصر آلیاژی استفاده شده توسط تولید کننده به فروش می رسند]1[
این فولاد ها به هفت گروه تقسیم می شوند که عبارتند از
فولاد های هوازده: شامل مقدار کمی عناصر آلیاژی مثل مس و فسفر هستند. این عناصر برای بهبود مقاومت به خوردگی و استحکام دهی محلول جامد اضافه می شوند
فولاد های میکروآلیاژی فریتی- پرلیتی: شامل مقدار بسیار کمی از عناصر کاربیدزای قوی یا عناصر کربونیتریدزا مانند نیوبیم، وانادیم و تیتانیم به منظور عملیات رسوب سختی، ریزدانه کردن و کنترل دمای استحاله هستند
فولاد های پرلیتی نورد شده: از گروه فولاد های کربنی منگنزدار هستند اما مقادیر عناصر آلیاژی دیگری هم برای افزایش استحکام، شکل پذیری و قابلیت جوشکاری نیز دارند
فولاد های با ساختار فریت سوزنی (یا ساختار بینیتی کم کربن): فولادهای کم کربنی هستند (کمتر از %05/0) که ترکیب مناسبی از استحکام بالا (تا Mpa690)، قابلیت جوشکاری خوب، شکل پذیری و تافنس مناسب دارند]5[
فولاد های دو فازی[3]: دارای ریز ساختار مارتنزیتی پراکنده شده در زمینه فریتی هستند و دارای ترکیبی از داکتیلیتی و استحکام کششی بالا هستند]5[. برای فولادهای دو فازی نسبت استحکام تسلیم به استحکام کششی بین 64/0 تا 88/0 متغیر می باشد. این مسئله به معنای شکل پذیری بالای این فولادهاست]6[
فولاد های حاوی ناخالصی با شکل کنترل شده: داکتیلیتی این فولاد ها بهبود یافته و تافنس آن ها در امتداد ضخامت افزایش یافته است. این خواص از طریق افزودن مقادیر کمی عناصر کلسیم، زیرکونیم یا تیتانیم و یا عناصر خاکی کمیاب دیگر ایجاد می شوند. شکل ناخالصی های سولفیدی در آن ها از حالت زنجیره های طویل به شکل گلوله های کوچک و پراکنده تبدیل شده است
فولاد های مقاوم به ترک هیدروژنی با مقادیر کربن و سولفور کم، حاوی مقادیر مس بالاتر از %26/0 و همچنین ناخالصی های با شکل کنترل شده]5[
دسته بندی های فوق الزاما از یکدیگر جدا نیستند به طوری که یک فولاد HSLA می تواند ویژگی های چند گروه را با هم داشته باشد. برای مثال تمام فولادهای اشاره شده در بالا می توانند دارای ناخالصی های کنترل شده باشند. فولاد های میکروآلیاژی فریتی- پرلیتی ممکن است برای افزایش مقاومت به خوردگی و یا داشتن استحکام بالا، حاوی جند عنصر آلیاژی دیگر نیز باشد]1[
1-2-1 فولاد های هوازده
اولین دسته فولاد های HSLA که توسعه پیدا کرد، فولاد های هوازده بودند. این فولاد ها حاوی مس و دیگر عناصر آلیاژی جهت بالا بردن مقاومت به خوردگی و استحکام دهی محلول جامد و نیز ریز دانه کردن ساختار فریتی بودند. به هر حال، مس، گوگرد و سیلیسیم علاوه بر مقاومت به خوردگی منجر به استحکام دهی محلول جامد در آلیاژ می شوند
استاندارد های ASTM گوناگونی برای دسته بندی فولاد های هوازده وجود دارد مثلا استاندارد ASTM A242 که مربوط به فولاد های هوازده به کار رفته در سازه های معماری می شود و نیز استاندارد ASTM A588 که برای فولاد های به کار رفته در سازه های سنگین تر استفاده می شود. این دو دسته از فولاد ها می توانند توسط تشکیل فیلم اکسیدی محافظ بر روی سطح خود از خوردگی جلوگیری به عمل آورند. هر چند در ابتدا خوردگی با سرعتی مشابه فولاد های ساده کربنی در این فولاد ها شروع می شود ولی بلافاصله سرعت خوردگی (نرخ خورگی) کاهش می یابد و پس از چند سال می توان گفت که عملا خوردگی در سازه رخ نداده است.پوشش اکسیدی محافظ، بافتی ریز دارد و بسیار محکم و کوهرنت بوده و محافظ خوبی در مقابل رطوبت و اکسیژن محسوب می شود. در صورتی که فولاد های ساده کربنی تشکیل یک اکسید با بافت رشته ای درشت می دهد که نمی تواند مانع رسیدن رطوبت و اکسیژن به فولاد پایه شود. البته توصیه می شود که از فولاد های ASTM A242 و ASTM A588 در محیط هایی که در آن جا گازهای صنعتی با غلظت بالا وجود دارند و یا در شرایط سخت دریایی استفاده نگردد. در اینگونه محیط ها، اکسید محافظ به درستی تشکیل نمی شود و خوردگی در فولاد ها به مانند خوردگی در فولاد ساده کربنی خواهد بود. انواع مختلف فولاد های HSLA را می توان به 2 گروه عمده دسته بندی نمود
فولاد های هوازده با مقادیر فسفر پایین و افزودنی های آلیاژی مختلف برای استحکام دهی محلول جامد و بالا بردن مقاومت خوردگی
فولاد های هوازده ویژه با مقادیر فسفر بالا (%05/0 تا %15/0) به همراه افزودنی های آلیاژی مختلف جهت استحکام دهی و مقاومت به خورگی مشابه فولاد های هوازده با مقادیر فسفر پایین
فولاد های هوازده با مقدار فسفر پایین دارای مقاومت به خوردگی اتمسفری به میزان 2 تا 6 برابر فولاد های ساختمانی کربنی هستند. در صورتی که فولاد های هوازده ویژه ممکن است که مقاومت خوردگی بالاتری هم داشته باشند
عناصر میکروآلیاژی مانند وانادیم و نایوبیم می توانند باعث بالا رفتن استحکام تسلیم در فولاد های هوازده شوند؛ افزودن وانادیم همچنین به بالا رفتن تافنس کمک می کند. عملیات نرمال کردن و نیز نورد کردن- سرد کردن کنترل شده باعث ریز شدن اندازه دانه ها خواهد شد (و در نتیجه تافنس و استحکام تسلیم را بهبود می بخشد). البته باید به این نکته توجه نمود که اگر بخواهیم از عملیات نرمال کردن و یا سریع سرد کردن جهت ریز دانه کردن استفاده کنیم باید به اثر مقدار کربن و عناصر آلیاژی بر روی سختی پذیری و نیز ایجاد استحاله های نامطلوب مانند استحاله ی بینیت بالایی و یا ویدمن اشتاتن توجه کنیم
2-2-1 فولاد های فریتی- پرلیتی میکروآلیاژی
در این فولاد ها بدون اضافه کردن مقادیر کربن و یا منگنز، یا اضافه کردن عناصر آلیاژی مانند وانادیم و نایوبیم موجب بالا رفتن استحکام (و در نتیجه افزایش در قابلیت بارپذیری) در فولاد های نورد گرم شده می شوند. بررسی های گسترده ای که در دهه ی 1960 بر روی اثرات نیوبیم و وانادیم بر روی خواص مواد ساختمانی صورت پذیرفت نشان داد که افزودن حتی مقادیر بسیار کم نیوبیم و وانادیم (هر کدامشان %10› ) باعث مستحکم شدن فولاد های کربن- منگنزی استاندارد بدون نیاز به عملیات ثانویه می شوند. در این فولاد ها مقدار کربن برای افزایش قابلیت جوش پذیری و نیز تافنس باید کم باشد
خواص مکانیکی فولاد های HSLA میکروآلیاژی تنها به حضور عناصر میکروآلیاژی وابسته نمی باشد. شرایط آستنیته کردن که بستگی به اثرات پیچیده طراحی آلیاژ و تکنیک های نورد کردن دارد هم از فاکتور های مهم در ریز دانه کردن فولاد های HSLA نورد گرم شده محسوب می شود. توسعه ی فرآیند های نورد کنترل شده به همراه طراحی آلیاژ موجب افزایش استحکام تسلیم همراه با کاهش تدریجی مقدار کربن در فولاد شده است. استحکام تسلیم بالا می تواند توسط ریز شدن دانه ها که توسط نورد گرم کنترل شده به دست می آید و نیز استحکام دهی رسوبی که ناشی از حضور وانادیم، نیوبیم و تیتانیم است، فراهم شود. انواع مختلف فولاد های فریتی- پرلیتی میکروآلیاژی به قرار زیر می باشند
فولاد های میکروالیاژی وانادیمی
فولاد های میکروآلیاژی نیوبیمی
فولاد های میکروآلیاژ نیوبیم- مولیبدن
فولاد های میکروآلیاژی وانادیم- نایوبیم
فولاد های میکروآلیاژی وانادیم- نیتروژن
فولاد های میکروآلیاژی تیتانیمی
فولاد های میکروالیاژی نیوبیم- تیتانیم
فولاد های میکروآلیاژی وانادیم- تیتانیم
هر کدام از این فولاد ها ممکن است دارای عناصر آلیاژی دیگری هم برای افزایش مقاومت به خوردگی و بالا بردن استحکام دهی محلول جامد و نیز سختی پذیری باشند]5[
1-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی وانادیمی
توسعه ی فولاد های حاوی وانادیم اندکی بعد از تولید فولاد های هوازده توسعه یافت. از فولاد های حاوی وانادیم می توانیم در شرایط نورد، نورد کنترلی و تحت عملیات نرمال یا کوئنچ و تمپر استفاده کنیم. وانادیم با تشکیل رسوبات ریز V(CN) با قطر 5 تا nm100 در فریت در حین سرد شدن بعد از نورد گرم به فرآیند استحکام دهی کمک می کند. رسوبات وانادیمی که به مانند رسوبات نایوبیمی پایدار نمی باشند در تمام دماهای نورد معمولی به صورت محلول وجود دارد و لذا تشکیل آن ها به شدت به نرخ سرد شدن وابسته می باشد. بر عکس رسوبات نایوبیمی در دماهای بالا پایدار هستند که این امر برای رسیدن به ساختار فریت ریز دانه یک مزیت محسوب می شود
به ازای %wt01/0 وانادیم، بسته به مقدار کربن و سرعت سرد شدن از حالت نورد گرم، استحکام در حد 5 تا Mpa15 افزایش می یابد. استحکام ناشی از وانادیم بسته به مقدار کربن و سرعت سرد کردن پس از فرآیند نورد گرم (یعنی ضخامت مقطع)، به طور میانگین بین 5 تا Mpa15، به ازای هر 01/0 درصد وزنی وانادیم است. میزان رسوب سختی بهینه در سرعت سرد کردن 170 درجه بر دقیقه اتفاق می افتد. در سرعت های سرد کردن پایین تر، رسوبات V(CN) درشت شده و بر روی استحکام دهی تاثیر چندانی نخواهد داشت. در سرعت های سرد کردن بالاتر نیز مقدار بیشتری از V(CN) در محلول باقی می ماند و در نتیجه کسر کوچکی از این ذرات رسوب می کنند و استحکام کاهش می یابد. برای یک ضخامت معین و محیط سرمایش مشخص، با افزایش یا کاهش دما قبل از سرد کردن، به ترتیب می توان سرعت های سرد کردن را زیاد و یا کم کرد. افزایش دما منجر به ایجاد دانه های بزرگتر آستنیت می گردد، در حالی که کاهش این دما عملیات نورد را مشکل تر می سازد
مقدار منگنز نیز استحکام دهی فولاد های میکروآلیاژی را تحت تاثیر قرار می دهد مثلا افزایش 9/0 درصدی منگنز به دلیل فرآیند استحکام دهی محلول جامد، استحکام فاز زمینه را Mpa34 افزایش می دهد. همچنین از آنجا که منگنز دمای تبدیل آستنیت به فریت را پایین آورده و در نتیجه یک توزیع مناسب از رسوبات ریز را به وجود می آورد و در نتیجه استحکام دهی رسوبی ناشی از حضور وانادیم زیاد می شود. این اثر منگنز بر روی استحکام دهی رسوبی از اثر آن در فولاد نیوبیم دار بیش تر است. فاکتور سومی که استحکام فولاد های وانادیم دار را تحت تاثیر قرار می دهد، اندازه دانه فریتی است که پس از سرد کردن از دمای آستنیته تولید می گردد. ریزتر کردن اندازه دانه (که نه تنها سبب افزایش استحکام تسلیم می گردد بلکه تافنس و داکتیلیتی را نیز اصلاح خواهد کرد) از طریق پایین آوردن دمای تبدیل آستنیت به فریت و یا از طریق تشکیل دانه های آستنیت ریزتر قبل از انجام استحاله، صورت می گیرد. افزایش عناصر آلیاژی و یا افزایش سرعت سرد کردن نیز می تواند دمای استحاله را کاهش دهد. کاهش دمای استحاله همان طور که در بالا اشاره شد بر میزان استحکام حاصل از رسوبات موثر است. برای یک سرعت سرد کردن مشخص، کاهش بیشتر در اندازه دانه فریت با کاهش اندازه ی دانه آستنیت در حین نورد به دست می آید
اندازه دانه آستنیت فولاد های نورد گرم شده، توسط تبلور مجدد و رشد دانه فاز آستنیت در حین نورد تعیین می شود. فولاد های نورد گرم شده ی وانادیم دار معمولا به وسیله ی نوردکاری متداول تولید می گردند ولی از طریق نورد کنترل شده با تبلور مجدد نیز عرضه می شوند. فولاد های وانادیم دار، با روش های نورد معمول استحکام یابی رسوبی متوسط و استحکام یابی ناشی از ریزدانگی ناچیزی از خود نشان می دهند. حداکثر استحکام تسلیم فولاد های نورد گرم شده وانادیم دار که حاوی %25/0 کربن و %08/0 وانادیم می باشند، حدود Mpa450 است. حد عملی استحکام های تسلیم برای فولاد میکروآلیاژی وانادیم دار که تحت نورد گرم قرار گرفته اند حتی وقتی که روش های نوردی کنترل شده مورد استفاده قرار گیرند، حدود Mpa415 است. فولاد های وانادیم دار که تحت عملیات نورد کنترل شده با تبلور مجدد قرار می گیرند، نیاز به افزودن تیتانیم دارند تا رسوبی ریز از TiN شکل بگیرد و رشد دانه آستنیت را پس از تبلور مجدد محدود سازد. استحکام های تسلیم ای که از نورد کنترل شده معمول حاصل می شود، به واسطه ی عدم تاخیر تبلور مجدد، در عمل حدود Mpa415 است. وقتی که هم استحکام و هم مقاومت به ضربه فاکتور های مهمی باشند، فولاد نیوبیم دار کم کربن که تحت نورد کنترل شده قرار گرفته است ترجیح داده می شود
2-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی نیوبیم دار
نیوبیم نیز مانند وانادیم، استحکام تسلیم را با رسوب سختی افزایش می دهد. میزان این افزایش به اندازه و مقدار کاربید های نایوبیم رسوب کرده مرتبط است. در عین حال نیوبیم یک ریز دانه کننده ی موثرتر از وانادیم محسوب می شود. بنابر این اثرات ترکیبی رسوب سختی و ریز شدن اندازه دانه باعث می شوند تا نیوبیم عامل استحکام ده موثرتری نسبت به وانادیم باشد. مقدار مصرف نیوبیم %04/0-02/0 یعنی حدود یک سوم مقدار بهینه وانادیم است (شکل 1-1)
به ازای افزایش 01/0 نیوبیم، استحکام از 35 به Mpa40 افزایش می یابد. این استحکام دهی با افت قابل توجهی از تافنس شیاری همراه بود تا اینکه روش های نورد ویژه ای توسعه یافتند و مقدار کربن به منظور جلوگیری از تشکیل بینیت بالایی کاهش داده شد. به طور کلی بهتر است از دماهای تمام کاری بالا و مراحل تغییر فرم سبک در فولاد های نیوبیم دار جلوگیری گردد زیرا در غیر این صورت می تواند به ایجاد اندازه دانه های مخلوط یا فریت ویدمن اشتاتن[4] منجر گردد و به تافنس آسیب برساند
فولاد های نیوبیم دار به روش نورد کنترل شده، نورد کنترل شده[5] با تبلور مجدد، سریع سرد کردن و کوئنچ مستقیم تولید می شوند. انجام نورد کنترل شده با تبلور مجدد روی فولاد نیوبیم دار، می تواند بدون تیتانیم موثر باشد، در حالی که انجام نورد با تبلور مجدد روی فولاد های وانادیم دار برای ریز دانه کردن، به تیتانیم نیاز دارد. همچنین نیوبیم کمتری مورد نیاز است و فولاد های نیوبیم- تیتانیم دار می توانند در دماهای بالاتری تحت عملیات نورد کنترل شده تبلور مجدد قرار بگیرند. در حال حاضر فولاد های تخته ای شکل کرانه دار با ضخامت mm75 با استحکام های تسلیم 345 تا Mpa415 تولید می شوند
3-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی نیوبیم- وانادیم دار
فولاد های میکروآلیاژ شده با هر دو عنصر نیوبیم و وانادیم دارای استحکام تسلیم بالاتری نسبت به فولاد های میکروآلیاژ شده با یکی از عناصر فوق هستند. در حالت نورد گرم شده، فولاد های نیوبیم- وانادیم دار بخش زیادی از افزایش استحکام خود را از استحکام دهی رسوبی به دست می آورند، بنابر این دمای انتقال نرمی به تردی بالایی دارند. اگر فولاد تحت نورد کنترل شده قرار بگیرد، اضافه کردن نیوبیم و وانادیم به همراه هم برای افزایش استحکام تسلیم و پایین آوردن درجه حرارت انتقال نرمی به تردی از طریق کاهش اندازه دانه سودمند خواهد بود
معمولا فولاد های نیوبیم- وانادیم دار با مقادیر نسبتا کمی کربن تولید می شوند (کمتر از %10/0). این کار مقدار پرلیت را کاهش داده و تافنس، داکتیلیتی و قابلیت جوشکاری را بهبود می بخشد. از این فولاد ها عموما به فولاد های کم پرلیت یاد می شود
4-2-2-1 فولاد های میکروآلیاژی نیوبیم- مولیبدن
این فولاد ها می توانند ریز ساختار فریت- پرلیت یا فریت سوزنی داشته باشند. اضافه کردن مولیبدن به فولاد های نیوبیم دار فریتی- پرلیتی، استحکام تسلیم و استحکام کششی را به ترتیب حدود Mpa20 و Mpa30 به ازای هر %1/0 مولیبدن افزایش می دهد که محدوده تحقیقی مولیبدن از صفر تا %27/0 تغییر می کند. اثر اصلی مولیبدن روی ریزساختار، تغییر دادن مورفولوژی پرلیت و ایجاد بینیت بالایی به عنوان یک جایگزین جزئی برای پرلیت است. در عین حال از آنجایی که استحکام پرلیت و بینیت بعضی اوقات با هم مشابه است، می توان گفت که افزایش استحکام از استحکام دهی محلول جامد و استحکام دهی توسط رسوب های Nb(CN) ناشی می شود که نتیجه ی اثر همزمان مولیبدن و نیوبیم است. بر هم کنش بین مولیبدن و نیوبیم (یا وانادیم) به عنوان توجیهی برای افزایش استحکام ناشی از رسوب های تولید شده توسط افزودن مولیبدن، بیان می شود. این اثر به خاطر کاهش رسوب در آستنیت است، زیرا به دلیل افزودن مولیبدن، اکتیویته کربن کاهش پیدا کرده و حلالیت آن بیشتر می گردد. با رسوب کمتر در آستنیت، رسوبات بیشتری می توانند در فریت شکل بگیرند که منجر به افزایش استحکام می شوند. وجود مولیبدن در این رسوبات قابل شناسایی است و حضور آن ممکن است با افزایش کرنش های هم سیما و یا بیش تر شدن کسر حجمی رسوبات باعث افزایش استحکام دهی گردد. این فاکتور های متالورژیکی وقتی با تاثیر نورد کنترل شده که تا زیر دمای Ar3 صورت می گیرد، همراه شود باعث ایجاد فولاد نیوبیم- مولیبدن دار تجاری X-70 می شود که مورد مصرف آن در خطوط لوله[6] است]1[
3-2-1 فولاد های ساختمانی پرلیتی نورد شده
این دسته، گروهی از فولاد های ویژه هستند که برای بهبود خواص مکانیکی آن ها (و یا در بعضی موارد مقاومت به خوردگی اتمسفری)، به آن ها مقادیر متوسطی از یک یا چند عنصر آلیاژی غیر از کربن افزوده می شود. بعضی از این فولاد ها جزء فولاد های کربن منگنزی هستند که تنها تفاوتشان با فولاد های کربنی معمولی در مقدار بیش تر منگنز می باشد. بعضی دیگر از فولاد های ساختمانی پرلیتی شامل مقادیر اندکی از عناصر آلیاژی جهت بهبود جوش پذیری، قابلیت شکل پذیری، تافنس و استحکام می باشند
4-2-1 فولاد های فریت (و یا بینیت کم کربن) سوزنی
رویکرد دیگر برای توسعه فولاد های HSLA به دست آوردن میکروساختار فریتی سوزنی بسیار ریز با استحکام بالا به جای میکروساختار فریتی پلی گونال معمولی توسط سرد کردن فولاد های بسیار کم کربن با سختی پذیری کافی (توسط افزودن منگنز، مولیبدن و یا برم) می باشد. از Nb هم می توان جهت رسوب سختی و نیز ریز دانه کردن ساختار استفاده نمود. تفاوت اساسی مابین دو ساختار فریت سوزنی (که به بینیت کم کربن هم معروف است) با ساختار فریت پلی گونال در این است که در ساختار فریت سوزنی، دانسیته بالایی از نابجایی به همراه دانه های بسیار کشیده و ریز وجود دارد که در فریت پلی گونال چنین مسئله ای وجود ندارد
5-2-1 فولاد های دو فازی
فولاد های 2 فازی در دو دهه اخیر به علت داشتن خواص مکانیکی ویژه ای همانند رفتار نقطه تسلیم پیوسته و ترکیب استحکام- تافنس بالا توسعه پیدا کرده است. بعلاوه این فولاد ها، شکل پذیری و پرداخت سطحی بهتری نسبت به سایر فولاد های HSLA با ترکیب مشابه دارد]21[. میکروساختار این فولاد ها شامل 80 تا 90 درصد فریت پلی گونال و 10 تا 20 درصد جزایر مارتنزیتی پخش شده در زمینه فریتی می باشد. فولاد های دوفازی می توانند به 3 طریق از فولاد های کم کربن تهیه شوند
1) آستنیته کردن فولاد های کربن- منگنزی در دمای بحرانی و سپس سریع سرد کردن آن ها
2) نورد گرم و وجود عناصر فریت ساز مثل Si و نیز عناصری که استحاله را به تاخیر می اندازند مثل کرم، منگنز و یا مولیبدن
3) آنیل پیوسته فولاد کربن منگنزی نورد سرد شده و پس از آن عملیات کوئنچ و تمپر
6-2-1 فولاد های حاوی ناخالصی با شکل کنترل شده
یکی از توسعه های مهمی که بر روی فولاد های HSLA میکروآلیاژی صورت پذیرفت، استفاده از ناخالصی هایی با شکل کنترل شده بود]5[. در این فولاد ها، شکل ناخالصی های سولفیدی از حالت زنجیره های طویل به شکل گلوله های کوچک و پراکنده تبدیل شده است]1[. می توان این کار را توسط افزودن مقادیر جزیی از عناصر کمیاب خاکی، تیتانیم و یا زیرکونیم به فولاد انجام داد. این فولاد ها داکتیلیته بالایی داشته و تافنس آن ها در امتداد ضخامت بالاست]5[
فصل دوم
کاربردهای فولاد HSLA
1- Overaging
1- intercritical
1-Daul Phase Steels
1-Widmanstatten
2-Controlled Rolling
1-Pipe Lines
