ترکیب شیمیایی Q345 چگونه بر خصوصیات مکانیکی آن تأثیر می گذارد؟
به عنوان یک آلیاژ کم - ، فولاد قدرت بالا- ، ترکیب شیمیایی Q345 "بنیاد ذاتی" است که خصوصیات مکانیکی آن را تعیین می کند (استحکام ، چقرمگی ، انعطاف پذیری ، جوشکاری و غیره). عناصر مختلف به طور مستقیم ساختار داخلی مواد (مانند اندازه دانه ، ترکیب فاز و توزیع نقص) را از طریق مکانیسم هایی مانند تقویت محلول جامد ، پالایش دانه ، تقویت بارش فاز {5 {دوم ، یا سرکوب نقص مرزهای دانه کنترل می کنند ، در نهایت به عنوان تفاوت در خصوصیات مکانیکی کنترل می کنند. تجزیه و تحلیل دقیق زیر از تأثیر خاص هر مؤلفه بر خصوصیات مکانیکی توسط عملکرد عنصر طبقه بندی می شود:
1. عناصر تقویت کننده هسته: "نیروی اصلی" تعیین قدرت
این عناصر هسته اصلی "قدرت بالا" Q345 (قدرت عملکرد بیشتر از یا مساوی 345 MPa) است. آنها با "جلوگیری از حرکت جابجایی" و ضمن به حداقل رساندن فداکاری انعطاف پذیری و سختی ، قدرت را تقویت می کنند.
1. منگنز (منگنز ، به طور معمول 0.90 ٪ -1.60 ٪)
مکانیسم عمل:
MN مهمترین عنصر تقویت کننده در Q345 است ، که در درجه اول از طریق تقویت محلول جامد عمل می کند. اتم های منگنز در فریت (فاز ماتریس) حل می شوند تا یک محلول جامد ایجاد کنند و ترتیب منظم اتم های آهن را مختل کنند و مانع از حرکت جابجایی ها شوند ("حامل ها" تغییر شکل پلاستیک در فلزات). علاوه بر این ، منگنز توزیع یکنواخت مروارید (مرحله تقویت) را ترویج می کند و از خواص ناهموار ناشی از تجمع مروارید جلوگیری می کند.
تأثیر بر خصوصیات مکانیکی:
به طور قابل توجهی قدرت عملکرد و استحکام کششی را بهبود می بخشد: بدون تقویت محلول جامد منگنز ، Q345 نمی تواند به حد قدرت عملکرد پایین تر 345 MPa برسد. بهبود قدرت تقریباً 40 ٪ -50 ٪ از کل قدرت را تشکیل می دهد.
انعطاف پذیری و چقرمگی متعادل: برخلاف کربن (C) ، منگنز به طور قابل توجهی انعطاف پذیری را کاهش نمی دهد. درعوض ، فاصله بین لاملای مروارید را اصلاح می کند ، و به مواد اجازه می دهد تا کشیدگی خوبی (به طور معمول بیشتر از یا برابر با 21 ٪) و اتاق {{2} that thate تأثیر دما در استحکام بالا حفظ کند.
قابلیت جوشکاری را بهبود می بخشد: منگنز در هنگام جوشکاری "ترک خوردگی داغ" را سرکوب می کند (به دلیل تشکیل کم- ذوب- ترکیبات نقطه با گوگرد) ، به طور غیرمستقیم از پایداری مکانیکی پس از جوش اطمینان می دهد.
2. کربن (C ، محتوای کاملاً کنترل شده: 0.12 ٪ -0.20 ٪)
مکانیسم عمل:
کربن "عنصر تقویت کننده اساسی" از فولاد است و آن را به دو روش تقویت می کند: اول ، با حل کردن در فریت برای تشکیل یک محلول جامد (تقویت محلول جامد). دوم ، با ترکیب با Fe برای تشکیل مروارید (Fe₃C + فریت). سیمان (Fe₃C) در مروارید بسیار سخت است و مانع از جابجایی می شود.
تأثیر بر خصوصیات مکانیکی:
مثبت: حفظ قدرت اساسی - محتوای کربن خیلی کم است (<0.12%) will result in insufficient yield strength, failing to meet the standard requirements for Q345.
Negative: The carbon content must be strictly limited-A carbon content too high (>0.20 ٪) منجر به:
① کاهش شدید در چقرمگی: کربن بیش از حد باعث افزایش محتوای مروارید ، درشت درشت ساختار لایه ای می شود و غلظت استرس را در مرزهای دانه تقویت می کند و باعث می شود در دمای پایین به شکستگی شکننده تبدیل شود.
② وخیم تر شدن جوشکاری: کربن تمایل به سخت شدن در هنگام جوشکاری (تشکیل مارتنزیت) را افزایش می دهد ، و در نتیجه باعث کاهش مقاومت در گرما- منطقه آسیب دیده (HAZ) و افزایش حساسیت به ترک خوردگی جوش می شود.
③ کاهش انعطاف پذیری: مواد بیش از حد سخت و شکننده کاربور شده می توانند ماتریس را شکستگی کرده و باعث کاهش طول مواد و خاصیت خم شدن مواد شوند.
بنابراین ، محتوای کربن Q345 باید دقیقاً در یک محدوده متعادل کنترل شود که بدون به خطر انداختن چقرمگی ، به قدرت مورد نیاز دست پیدا می کند.
دوم ، تقویت و سختی کمکی -} بهینه سازی عناصر: بهبود عملکرد "تعادل"
این عناصر (عناصر ریزگرد ، سیلیکون) به طور مستقیم حد بالایی قدرت را تعیین نمی کنند ، اما می توانند با "پالایش دانه" و "بهینه سازی ریزساختار" تعادل بین استحکام و چقرمگی را بهبود بخشند. این تفاوت کلیدی بین فولادهای کربن Q345 و معمولی است (مانند Q235).
1. عناصر ریزگرد (NB (Niobium) ، V (وانادیوم) و Ti (تیتانیوم ، با محتوای عنصر فردی کمتر از یا برابر با 0.06 ٪))
مکانیسم عمل:
عناصر ریزگردان هسته اصلی "بهبود هم افزایی در قدرت و چقرمگی" Q345 است ، در درجه اول از طریق پالایش دانه و تقویت بارش:
① پالایش دانه: در طی نورد درجه حرارت بالا- ، NB/V/TI با کربن و نیتروژن موجود در فولاد ترکیب می شود تا کربنیتریدهای ریز (مانند NBC ، V و TIN) تشکیل شود. این ترکیبات "پین" مرزهای دانه آستنیت ، جلوگیری از رشد دانه و در نهایت تشکیل دانه های فریت ریز (دانه های ریزتر باعث افزایش قدرت و سختی می شوند و مطابق با "سالن - صفحه").
② تقویت بارش: در دماهای پایین ، NB/V/TI در محلول جامد اشباع نشده حتی کربنیتریدهای ریزتر را رسوب می کند ، بیشتر مانع حرکت جابجایی و مقاومت کمی می شود.
تأثیر بر خصوصیات مکانیکی:
Strength Improvement: Through grain refinement, the yield strength can be increased by an additional 30-50 MPa, allowing Q345 to meet standards even in thick plates (>40 میلی متر) یا در دماهای پایین.
چقرمگی بهبود یافته: ساختار دانه -} به طور قابل توجهی کمترین مقاومت دما را افزایش می دهد. به عنوان مثال ، تأثیر انرژی جذب شده (AK) Q345 حاوی NB در- 40 درجه می تواند از 40 J فراتر رود ، بسیار بیش از 10-20 J فولاد بدون عناصر ریز آلیاژ ، بنابراین از شکستگی شکننده شکننده با درجه حرارت پایین جلوگیری می کند.
عملکرد صفحه ضخیم بهبود یافته: در طول نورد صفحه ضخیم ، "دانه های درشت" مستعد تشکیل در منطقه مرکز هستند. عناصر ریزگرد می توانند این پدیده را سرکوب کنند و باعث کاهش "اثر ضخامت" (جایی که عملکرد با ضخامت بدتر می شود) در صفحات ضخیم کاهش می یابد.
2. سیلیکون (SI ، 0.20 ٪ -0.55 ٪)
مکانیسم عمل:
Si در درجه اول به تقویت محلول جامد و کنترل ریزساختار کمک می کند. حل شدن در فریت ، Si کمی تقویت کننده محلول جامد را تقویت می کند در حالی که مهار بارش فری-} retutectoid در فولاد ، ترویج تشکیل مروارید یکنواخت. علاوه بر این ، Si حساسیت جوش و تخلخل را در هنگام جوشکاری کاهش می دهد.
تأثیر بر خصوصیات مکانیکی:
بهبود قدرت جزئی: اثر تقویت کننده محلول جامد SI ضعیف تر از منگنز است و قدرت عملکرد را تنها با 10-20 مگاپاسکال افزایش می دهد ، اما می تواند در دستیابی به اهداف قدرت کمک کند.
بهینه سازی انعطاف پذیری و جوشکاری: SI ساختار مروارید را اصلاح می کند و از کاهش بیش از حد در انعطاف پذیری جلوگیری می کند. همچنین نقص جوش را کاهش می دهد و خصوصیات مکانیکی پایدار پس از جوشکاری را تضمین می کند.
Note: Excessive Si content (>0.60 ٪) می تواند حساسیت به نزاع سرد فولاد را افزایش داده و کمی مقاومت دما {1} را کاهش دهد ، بنابراین باید حد بالایی کنترل شود.