همه چیز در مورد فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا

فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا در دسته خاصی از فولادها طبقه بندی می شوند که خواص مکانیکی بهتری نسبت به فولادهای کربنی دارند. این HSLA ها دارای مقادیر کمی آلیاژهایی مانند تیتانیوم، نایوبیم، وانادیم و آلومینیوم هستند. عناصر آلیاژی با تشکیل کاربید، نیترید و کربونیترید استحکام آلیاژ را افزایش می دهند. علاوه بر این، این عناصر آلیاژی بر سختی پذیری نیز تأثیر می گذارند.

برتری فولادهای میکروآلیاژی نسبت به فولاد کربن معمولی دارای خواص مکانیکی بالاتر و مقاومت در برابر خوردگی بهتر است. این فولادها انواع مختلفی دارند. علیرغم اینکه همه آنها ترکیب شیمیایی خاصی ندارند، دارای خواص مکانیکی خاصی هستند. خطوط لوله نفت و گاز، مخازن ذخیره سازی، ادوات کشاورزی، تجهیزات صنعتی، معادن و راه آهن، لودر و بیل مکانیکی، سازه های دریایی، پل ها و دکل های انتقال نیرو از جمله مواردی هستند که از فولاد HSLA ساخته می شود. در ادامه با گروه صنعتی فولاد پایتخت همراه ما باشید.

فولاد گرمکار

فولاد گرمکار، فولادی است که توانایی مقاومت در برابر سایش شدید، گرما و فشارهای بالا را دارد و در واحدهای تولیدی که فرآیندهای شکل دهی، برش و پانچ را در دماهای بالا بین 480 تا 760 درجه سانتی گراد انجام می دهند، استفاده می شود. این فولادها تا دمای 540 درجه سانتیگراد مقاومت به سایش دارند.

دامنه کاربرد فولاد گرمکار بسیار گسترده است. فولاد گرمکار برای ساخت قالب های ریخته گری تحت فشار، قالب های اکستروژن و همچنین ابزارهای برش فلزات آهنی و غیر آهنی حتی در دماهای بالا استفاده می شوند. این فولادها شامل گریدهای مختلفی مانند H10-H19 با عنصر آلیاژی اصلی کروم، H20-H26 با عنصر آلیاژی اصلی تنگستن، H41-H43 شامل عنصر آلیاژی اصلی مولیبدن و گریدهایی مانند 6G، 6F2-6F7، 6H1 و 6H2 می باشد.

خواص متالورژیکی و مکانیکی فولاد گرمکار ارتباط مستقیمی با عملیات حرارتی انجام شده بر روی این فولادها دارد. بنابراین، روش‌های استاندارد مختلفی برای تعیین حداقل نیازهای عملیات حرارتی برای این فولادها ایجاد شده است. اگرچه اکثر فولاد های گرمکار سختی پذیری بالایی دارند و می‌توانند در هوا سخت شوند، اما به خوبی ثابت شده است که با افزایش سرد کوئنچ می توان به بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی این فولادها دست یافت. این روش‌های عملیات حرارتی علاوه بر سختی، چقرمگی و مقاومت مواد در برابر آسیب‌های غیرمجاز را نیز مشخص می‌کنند.به عنوان مثال، در صنعت ریختگری تحت فشار که چرخه های حرارتی شدید روی سطح کار فولاد ابزار یکی از مهم ترین دلایل شکست و تخریب مواد است، بهینه سازی خواصی مانند سختی در دمای بالا و مقاومت در برابر ضربه ضروری است.

به منظور کاهش اثرات منفی ناشی از ترک خوردگی، چقرمگی مواد به حداکثر می رسد. این خاصیت ماده مستقیماً با عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن مرتبط است. علاوه بر این، مشخص شد که مقاومت مواد در برابر حرارت بستگی به عملیات حرارتی مواد دارد. مقاومت در برابر دمای بالاتر از کاهش سریع سختی جلوگیری می کند. این مشکل عامل اصلی ترک های ناشی از خستگی حرارتی در سطح کار قالب می باشد.

استانداردهای فولاد اتومات

فولادهای خوش تراش یا در اصطلاح فولادهای اتوماتیک در طبقه بندی استاندارد DIN EN 10027-2 با شماره ماده 1.07XX ذکر شده اند. استانداردهای فولاد اتومات در استانداردهای اروپایی، شامل سه دسته زیر است:

• فولادهای عملیات حرارتی نشونده: میزان کربن در فولادهای خوش تراش کمتر از 14 درصد است و عملیات حرارتی این فولاد شامل مواد 1.0715، 1.0718، 1.0736 و 1.0737 می باشد.
• فولادهای قابل سمانتاسیون: فولادهای اتوماتیک دارای درصد کربن در محدوده 0.07-0.13 بوده و قابلیت سخت شدن سطح را پس از قابل سمانتاسیون یا کربنیزه شدن سطحی دارند. این فولادها شامل شماره مواد 1/0721، 1/0722 و 1/0725 می باشد.
• فولادهای کوئنچ تمپر شونده مستقیم: این فولاد دارای 0.32-0.65 درصد کربن است و همچنین برای سخت شدن قابل عملیات حرارتی است. از فولادهای این گروه می توان به مواد شماره 1.0726، 1.0727، 1. 0756، 1/0757 و 1/0762 اشاره کرد.

سخت کاری فولاد

سخت کاری فولاد روشی برای تقویت و سخت شدن فولاد با وارد کردن عناصر خاصی به ساختار آن است. از طریق این فرآیند، فولاد می تواند استحکام و مقاومت بیشتری در برابر سایش به دست آورد. سخت کاری فولاد معمولاً با روش های مختلفی مانند عملیات حرارتی، کوئنچ، تمپرینگ و سخت کاری سطحی انجام می شود.

هر کدام از این روش ها مزایا و معایب متفاوتی دارند و برای کاربردهای متفاوتی استفاده می شوند. عملیات حرارتی معمولی ترین روشی است که در آن فولاد تا دمای معینی گرم و سپس به سرعت سرد می شود. کوئنچ نیز یک روش رایج است که در آن فولاد در مایع یا گاز خنک می شود. تمپرینگ فرآیند گرم کردن مجدد فولاد تا دمای پایین تر و سپس خنک کردن مجدد آن است. در نهایت، سخت شدن سطحی شامل اعمال یک عامل سخت کننده بر روی سطح فولاد برای افزایش سختی آن است.

فولاد مناسب برای شفت

شفت به میله ها یا محورهای فولادی اطلاق می شود و هدف از تولید آنها استفاده از آنها در سیستم های مختلف انتقال نیرو است. در انواع مختلف تجهیزات، شفت ها نیروهای رفت و برگشتی یا دورانی را منتقل می کنند. این محصولات گزینه های بسیار خوبی برای نصب چرخ دنده ها، اهرم ها و تسمه ها هستند. از طرفی در ماشین ها، آسانسورها، لوازم خانگی، تجهیزات سنگین صنعتی و … استفاده می شود و به همین دلیل فرآیند کار آنها بسیار حساس و دقیق است و باید به تولید آنها توجه کافی شود.

امروزه از انواع فولاد برای تولید شفت استفاده می شود. هر کدام از این محصولات در شرایط خاصی مورد استفاده قرار می گیرند و بسته به انتظارات خود باید یکی از این گزینه ها را انتخاب کنید. نکته مهمی که در مورد فولاد مناسب برای شفت باید در نظر داشت پارامترهایی مانند استحکام کششی، تحمل خمشی و فشار و غیره است. عموماً در دنیای تولید محصولات و تجهیزات مختلف برای تولید شفت از نمونه های فولادی مخصوص استفاده می شود.

فولاد نسوز

فولاد نسوز (فولاد مقاوم در برابر حرارت) به اشکال مختلف میلگرد، ورق، لوله و توری شناخته می شود که از ترکیب آهن، کربن و آلیاژهای دیگر تولید می شود. همانطور که گفته شد این محصول صنعتی یکی از انواع فولاد ضد زنگ می باشد که به دلیل وجود عناصر کروم و نیکل در آلیاژ آن به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و حرارت شناخته شده است. خانواده فولادهای ضد حریق و ضد زنگ در مجموع دارای 61 گرید بر اساس استاندارد AISI-SAE آمریکا می باشد. برخی از این گریدها که به چهار گروه کلی تقسیم می شوند با دیرگدازها مورد استفاده قرار می گیرند و در قسمت انواع فولاد نسوز مورد بحث قرار می گیرند.

در این نوع فولاد که علاوه بر مقاومت در برابر حرارت، خواصی مانند مقاومت در برابر زنگ زدگی و سایش دارد، برای کاربردهایی که مقاومت در برابر آتش مهم است، کروم باید حداقل چهار درصد باشد و هر چه بیشتر به سمت کاربرد اولویت دار پیش برویم، حداقل درصد کروم 11 است. لازم به ذکر است که میزان کربن در این گروه حداکثر 0.20 درصد تعریف شده است که برای مصارف فولاد زنگ نزن کاهش و برعکس برای محفظه های مورد استفاده در اشکال مختلف افزایش می یابد.

فولاد ابزار کربنی

آیا تا به حال در مورد فولاد ابزار کربنی شنیده اید؟ آیا می دانید نام این فولاد از کجا آمده و در صنایع مختلف چه کاربردهایی دارد؟ برای اطلاعات بیشتر در این زمینه با ما همراه باشید. طبق طبقه بندی موسسه آهن و فولاد آمریکا، فولاد از نظر ترکیب شیمیایی به چهار گروه تقسیم می شود. هر دسته دارای انواع مختلفی از فولاد است که خواص فیزیکی، شیمیایی و محیطی خاص خود را دارند. مقدار کربن و آلیاژهای اضافی خواص هر گرید را تعیین می کند. طبق استاندارد این موسسه، فولاد را می توان از نظر ترکیبات شیمیایی به چهار گروه اصلی طبقه بندی کرد:

• فولاد کربن دار
• فولاد آلیاژی
• فولاد ضدزنگ
• فولاد ابزار

در میان طبقات فوق، فولاد کربنی یکی از معروف ترین آنهاست که برای ساخت ابزارآلات دستی و ماشینی استفاده می شود. مقاومت در برابر سایش، سختی و توانایی حفظ شکل در دماهای بالا از مهمترین ویژگی های این فولادها است. فولاد ابزار کربنی گروهی از این نوع فولادها است که به دلیل درصد کربن بالا و درصد کم عناصر آلیاژی و همچنین عدم استفاده در صنایعی که نیاز به دمای عملیاتی بالا دارند برای ساخت قطعات و ابزارهای مختلف در صنایع مختلف استفاده می شود.

برخی از خواص فولادهای ابزار کربنی عبارتند از مقاومت در برابر سایش، سختی و مقاومت در برابر تغییر شکل و تغییر شکل و همچنین قابلیت حفظ لبه در دمای بسیار بالا که برای شکل دادن به مواد دیگر استفاده می شود. علاوه بر کربن، عناصر دیگری مانند سیلیکون، گوگرد و منگنز نیز به مقدار کم در فولادهای کربنی وجود دارد. برای بدست آوردن خواص مطلوبتر و بهتر، عناصر دیگری مانند کروم، نیکل، تنگستن، تیتانیوم، وانادیم و مولیبدن به فولادها اضافه می شود.

فولاد هادی حرارت

اگر به تاریخ نگاه کنید، متوجه خواهید شد که انسان ها در طول سالیان طولانی در همکاری با فولاد به نتایج بسیار جالبی دست یافته اند. بارزترین نمونه ها مربوط به ساخت شمشیر و آلات جنگی است. چنین دستگاه هایی با قرار دادن فولاد جامد در معرض گرمایش یا سرمایش کنترل شده کار می کنند. هدف اصلی عملیات حرارتی ارائه عملکرد بهینه قطعه با توجه به کاربرد آن است. اما فولاد هادی حرارت مقاومت حرارتی ویژه ای از خود نشان می دهد.

فولاد هادی حرارت موادی هستند که ساختار آنها به گرما اجازه نفوذ و عبور آسان از آن را می دهد. باید به یاد داشته باشید که تمام مواد موجود در فولاد حرارتی، مانند اتم ها و مولکول ها، دائماً در حال ارتعاش هستند و گرما به عاملی تبدیل می شود که این ذرات را بیشتر تحریک می کند.

همیشه برخی از مواد هستند که گرما را بهتر از سایرین هدایت می کنند زیرا ساختار داخلی آنها این جریان انرژی را بهتر تسهیل می کند. مثلا؛ شما هرگز نمی توانید تصور کنید که چوب رسانای خوبی برای گرما است زیرا زمان زیادی برای گرم شدن طول می کشد. اما این مشکل در مورد آهن، مس و سایر فلزات که ذرات آنها انرژی جنبشی لازم را برای گرم شدن سریعتر از آنچه فکر می کنید به دست می آورند صادق نیست. بنابراین برای ساخت ظروف آشپزخانه مانند قابلمه، ماده انتخابی، فلز است. آنها به سرعت گرم می شوند و به دمایی می رسند که غذا را به درستی می پزد. اما دستگیره هایی که با دست کاربر تماس دارند از مواد عایق دیگری ساخته شده اند. این کار باعث می شود تا زمانی که قابلمه هنوز گرم است، کار کردن با آن آسان تر شود.

ورق های فولاد

ورق فولادی یکی از پرکاربرد ترین پروفیل ها می باشد و به طور مستقیم یا غیر مستقیم در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. برای اینکه بتوان از فولاد در بخش ها و صنایع مختلف استفاده کرد، یکی از وظایف این است که ابتدا آن را به انواع ورق های فولاد تبدیل کنیم. در نهایت از ورق ها در تولید واحدها و تجهیزات فرعی استفاده می شود. البته لازم به ذکر است که صفحات فولادی انواع مختلفی دارند که هر کدام برای مصارف خاصی مناسب ترند.

ورق های فولادی بر اساس نوع و روش تولید، مواد اولیه مورد استفاده در تولید، خواص و قابلیت ها و استانداردهای مبتنی بر آنها به چند نمونه مختلف تقسیم می شوند. بنابراین برای استفاده صحیح از ورق فولادی مناسب برای یک هدف خاص، ابتدا باید با نوع ورق فولادی و ویژگی های آن به طور کامل آشنا شوید.

فولاد مقاوم به سایش

فولاد مقاوم به سایش یا AR نوعی فولاد ساخته شده از صفحات آلیاژی با کربن بالا است.

البته ورق های فولادی آلیاژی که این فولاد از آنها تولید می شود، علاوه بر کربن، حاوی ترکیبات دیگری نیز به نسبت های مختلف است. توجه داشته باشید که فولاد ذاتاً در برابر خوردگی مقاوم است، اما در برخی صنایع مقاومت بالاتری برای استفاده از این فلز در کاربردهای خاص مورد نیاز است.

طبق تحقیقات متالورژیکی در مورد فولاد مقاوم در برابر سایش، این نوع فولاد ساختاری مارتنزیتی دارد که نسبت به فولاد معمولی سخت‌تر و مقاوم‌تر به سایش است. بنابراین در تمامی صنایعی که مشکل مقاومت سایشی سازه ها یا تجهیزات و سازه ها وجود دارد از این فولاد استفاده می شود که ترکیب شیمیایی خاص خود را دارد.

تجزیه و تحلیل ویژگی های فولاد مقاوم در برابر سایش نشان می دهد که صنعت برای تولید این فلز از آلیاژی استفاده می کند که علاوه بر کربن زیاد، حاوی عناصری مانند بور، منگنز، نیکل، سیلیکون، مولیبدن، گوگرد و فسفر نیز می باشد که هر کدام خاص و کاملا مهندسی شده اند. تجزیه و تحلیل فولاد مقاوم در برابر سایش نشان می دهد که با افزایش درصد کربن می توان مقاومت سایشی آن را بهبود بخشید و سخت تر شد، اما ما مجاز به استفاده از هیچ مقدار نیستیم. به عبارت دیگر، اضافه کردن مقدار مشخصی کربن به ورق فولادی اشکالی ندارد، زیرا بیش از این مقدار، ورق فولادی را شکننده و مستعد ترک می‌کند.

برای این منظور باید طبق دستورالعمل مشخص از آلیاژهای مناسب استفاده شود تا فولاد تولید شده در برابر سایش، خوردگی، شکنندگی و ترک بسیار مقاوم باشد.

ماشینکاری فولاد

فرآیند ماشینکاری فولاد شامل برداشتن بخشی از یک قطعه با چرخش و برش برای به دست آوردن هندسه مورد نظر است که با استفاده از ابزارهای برش و ابزارهای تراشکاری و برشکاری انجام می شود.

ماشینکاری از نظر مواد خام اغلب یک فرآیند پرهزینه است، اما می تواند اشکال پیچیده ای ایجاد کند که دستیابی به آنها از طریق عملیات ریخته گری یا شکل دهی دشوار یا غیرممکن است.

پردازش مکانیکی بخشی از فرآیند تولید فلز است، اما در تولید چوب، پلاستیک و سرامیک نیز استفاده می شود.

در این عملیات بسته به نوع کار از ماشین های تراش، فلز، مته صفحه تراش، کله زنی، سنگ زنی، تیز کاری و سوراخ کن استفاده می شود که معمولا این قطعات خود محصول فرآیندهای ریخته گری، آهنگری، نورد و غیره هستند. فرآوری فلزات با استفاده از تجهیزات تخلیه فرکانس بالا نیز یک فرآیند نسبتاً جدید است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

عملیات آنیل فولاد

عملیات آنیل فولاد با بازپخت یک فرآیند عملیات حرارتی است که منجر به ایجاد یک ریزساختار متعادل متشکل از فریت و سمانتیت، اما در توزیع‌های مختلف می‌شود. همچنین خواص فیزیکی (و گاهی اوقات شیمیایی) فولاد را تغییر می‌دهد تا انعطاف‌پذیرتر شده و سختی آن را کاهش دهد تا کارآمدتر شود.

در واقع کلمه آنیل دارای معانی و کاربردهای گسترده ای است. به این ترتیب، به هر نوع عملیات حرارتی که منجر به تشکیل ساختاری با سختی کم و انعطاف پذیری بالا به غیر از مارتنزیت گردد، اطلاق می شود. این طبقه بندی بر اساس دمای عملیاتی، روش خنک سازی، ساخت و عملکرد نهایی است.

فرآیند بازپخت مستلزم آن است که فلز قبل از سرد شدن برای مدت معینی بالاتر از دمای تبلور مجدد خود گرم شود. سرعت سرد شدن بستگی به نوع فلزی دارد که آنیل می شود. فرآیند گرمایش باعث انتقال اتم ها و کاهش تعداد نابجایی ها در شبکه کریستالی و در نتیجه تغییر شکل پذیری و سختی می شود. مواد عملیات حرارتی با سرد شدن دوباره کریستال می شوند. اندازه دانه و ترکیب فاز به سرعت گرمایش و سرمایش بستگی دارد که به نوبه خود خواص مواد را تعیین می کند.

سرد کردن یا گرم کردن قسمت فلزی پس از بازپخت مجدداً ساختار ماده را تغییر می دهد، بنابراین ممکن است برای دستیابی به خواص مورد نظر نیاز به عملیات حرارتی بیشتری باشد. با این حال، با آگاهی از ترکیب مواد و نمودار فاز، عملیات حرارتی می تواند فلز را نرم کرده و آن را برای پردازش بیشتر، مانند شکل دهی، مهر زنی و جلوگیری از شکنندگی آماده کند.

کلام آخر

فولاد یکی از مواد پرکاربرد در صنایع مختلف است که در این مقاله به بررسی یکی از شاخه های فولاد به نام فولاد کم آلیاژ استحکام بالا را تجزیه و تحلیل کردیم و متوجه شدیم که خواص و عیار متفاوتی نسبت به فولاد معمولی دارد. فولاد کم آلیاژی با مقاومت بالا (HSLA) دنیای فولاد و ساخت و ساز را متحول کرده است. فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا به دلیل خواصی مانند استحکام، جوش پذیری، شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی به ماده ای همه کاره با طیف وسیعی از کاربردها تبدیل شده است.

اگرچه در تاریخچه فولاد کم آلیاژ پرمقاومت ثابت شده است که این فولاد قدیمی نیست و سابقه ای کمتر از یک قرن دارد، اما در همان بازه زمانی محدود پیشرفت های چشمگیری داشته و عیارهای متفاوتی ارائه کرده است. هر گرید از ترکیبات خاصی تشکیل شده است و بنابراین خواص خاص خود را دارد. این ویژگی ها به هر گرید از این فولاد اجازه می دهد تا کاربرد خاصی داشته باشد که طیف گسترده ای از کاربردهای آن را توضیح می دهد. برای کسب اطلاعات بیشتر با همکاران گروه صنعتی فولاد پایتخت تماس بگیرید.