WikiDer > Высокопрочная низколегированная сталь - Википедия
| Стали |
|---|
 |
| Микроструктуры |
| Классы |
| Другие материалы на основе железа |
Сталь высокопрочная низколегированная (HSLA) является разновидностью легированная сталь который обеспечивает лучшие механические свойства или большую устойчивость к коррозии, чем углеродистая сталь. Стали HSLA отличаются от других сталей тем, что они созданы не с учетом определенного химического состава, а с определенными механическими свойствами. Они имеют содержание углерода от 0,05 до 0,25% для удержания формуемость и свариваемость. Другие легирующие элементы включают до 2,0% марганца и небольшие количества медь, никель, ниобий, азот, ванадий, хром, молибден, титан, кальций, редкоземельные элементы, или же цирконий.[1][2] Медь, титан, ванадий и ниобий добавляются с целью упрочнения.[2] Эти элементы предназначены для изменения микроструктура углеродистой стали, которая обычно феррит-перлит агрегат, чтобы произвести очень тонкую дисперсию сплава карбиды в почти чистой ферритовой матрице. Это устраняет эффект снижения ударной вязкости перлитной объемной фракции, но сохраняет и увеличивает прочность материала за счет уменьшения размера зерна, который в случае феррита увеличивается. предел текучести на 50% за каждое уменьшение среднего диаметра зерна вдвое. Усиление осадков играет второстепенную роль. Их предел текучести может составлять 250–590 мегапаскалей (36 000–86 000 фунтов на кв. Дюйм). Из-за их более высокой прочности и ударной вязкости для формования сталей HSLA обычно требуется на 25–30% больше энергии по сравнению с углеродистыми сталями.[2]
Медь, кремний, никель, хром и фосфор добавляются для повышения коррозионной стойкости. Цирконий, кальций и редкоземельные элементы добавляются для контроля формы сульфидных включений, что увеличивает формуемость. Они необходимы, потому что большинство сталей HSLA обладают свойствами, чувствительными к направлению. Формуемость и ударная вязкость могут значительно различаться при испытании в продольном и поперечном направлении к волокну. Изгибы, параллельные продольному волокну, с большей вероятностью растрескаются по внешнему краю, поскольку он испытывает растягивающие нагрузки. Эта характеристика направленности существенно снижена в стали HSLA, обработанных для контроля формы сульфидов.[2]
Они используются в автомобилях, грузовиках, подъемных кранах, мостах, американских горках и других конструкциях, которые предназначены для обработки больших объемов стресс или требуется хорошее соотношение прочности и веса.[2] Поперечные сечения и конструкции из стали HSLA обычно на 20–30% легче, чем углеродистая сталь той же прочности.[3][4]
Стали HSLA также более устойчивы к ржавчина чем большинство углеродистых сталей из-за отсутствия в них перлита - мелких слоев феррита (почти чистого железа) и цементита в перлите.[нужна цитата] Плотность стали HSLA обычно составляет около 7800 кг / м³.[5]
Военный броневая пластина в основном изготавливается из легированной стали, хотя некоторые гражданские доспехи против небольшие руки теперь производится из сталей HSLA с закалкой при экстремально низких температурах.[7]
Классификации
- Погодостойкие стали: стали с повышенной коррозионной стойкостью. Типичный пример - COR-TEN.
- Контрольно-прокатные стали: горячекатаные стали с сильно деформированной аустенитной структурой, которая при охлаждении превращается в очень мелкую равноосную ферритную структуру.
- Стали с восстановленным перлитом: стали с низким содержанием углерода, которые образуют мало перлита или не образуют его, а имеют очень мелкозернистую ферритную матрицу. Он усилен дисперсионным твердением.
- Игольчатый феррит стали: Эти стали характеризуются очень мелкой высокопрочной игольчатой ферритной структурой, очень низким содержанием углерода и хорошими характеристиками. закаливаемость.
- Двухфазные стали: Эти стали имеют микроструктуру феррита, которая содержит небольшие равномерно распределенные участки мартенсита. Такая микроструктура придает сталям низкий предел текучести, высокую скорость деформационного упрочнения и хорошую формуемость.[1]
- Микролегированные стали: стали с очень небольшими добавками ниобия, ванадия и / или титана для получения мелкого зерна и / или дисперсионного твердения.
Распространенным типом микролегированной стали является HSLA с улучшенной формуемостью. Он имеет предел текучести до 80000 фунтов на квадратный дюйм (550 МПа), но стоит всего на 24% больше, чем Сталь А36 (36000 фунтов на квадратный дюйм (250 МПа)). Одним из недостатков этой стали является то, что она на 30-40% меньше пластичный. В США эти стали продиктованы ASTM стандарты A1008 / A1008M и A1011 / A1011M для листового металла и A656 / A656M для пластин. Эти стали были разработаны для автомобильной промышленности, чтобы уменьшить вес без потери прочности. Примеры использования включают дверные балки, элементы шасси, усиливающие и монтажные кронштейны, детали рулевого управления и подвески, бамперы и колеса.[2][8]
Классы SAE
В Общество Автомобильных Инженеров (SAE) поддерживает стандарты для марок стали HSLA, поскольку они часто используются в автомобильной промышленности.
| Оценка | % Углерода (макс.) | % Марганца (макс.) | % Фосфора (макс.) | % Серы (макс.) | % Кремния (макс.) | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 942X | 0.21 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием или ванадием |
| 945A | 0.15 | 1.00 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 945C | 0.23 | 1.40 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 945X | 0.22 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием или ванадием |
| 950A | 0.15 | 1.30 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 950B | 0.22 | 1.30 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 950C | 0.25 | 1.60 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 950D | 0.15 | 1.00 | 0.15 | 0.05 | 0.90 | |
| 950X | 0.23 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием или ванадием |
| 955X | 0.25 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием, ванадием или азотом |
| 960X | 0.26 | 1.45 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием, ванадием или азотом |
| 965X | 0.26 | 1.45 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием, ванадием или азотом |
| 970X | 0.26 | 1.65 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием, ванадием или азотом |
| 980X | 0.26 | 1.65 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | Обработка ниобием, ванадием или азотом |
| Оценка | Форма | Предел текучести (мин) [фунт / кв. Дюйм (МПа)] | Предел прочности на разрыв (мин) [фунт / кв. Дюйм (МПа)] |
|---|---|---|---|
| 942X | Плиты, профили и стержни до 4 дюймов. | 42,000 (290) | 60,000 (414) |
| 945A, C | Лист и полоса | 45,000 (310) | 60,000 (414) |
| Плиты, формы и стержни: | |||
| 0–0,5 дюйма | 45,000 (310) | 65,000 (448) | |
| 0,5–1,5 дюйма | 42,000 (290) | 62,000 (427) | |
| 1,5–3 дюйма | 40,000 (276) | 62,000 (427) | |
| 945X | Лист, полоса, пластины, профили и стержни до 1,5 дюйма. | 45,000 (310) | 60,000 (414) |
| 950A, B, C, D | Лист и полоса | 50,000 (345) | 70,000 (483) |
| Плиты, формы и стержни: | |||
| 0–0,5 дюйма | 50,000 (345) | 70,000 (483) | |
| 0,5–1,5 дюйма | 45,000 (310) | 67,000 (462) | |
| 1,5–3 дюйма | 42,000 (290) | 63,000 (434) | |
| 950X | Лист, полоса, пластины, профили и стержни до 1,5 дюйма. | 50,000 (345) | 65,000 (448) |
| 955X | Лист, полоса, пластины, профили и стержни до 1,5 дюйма. | 55,000 (379) | 70,000 (483) |
| 960X | Лист, полоса, пластины, профили и стержни до 1,5 дюйма. | 60,000 (414) | 75,000 (517) |
| 965X | Листы, полосы, пластины, профили и прутки до 0,75 дюйма. | 65,000 (448) | 80,000 (552) |
| 970X | Лист, полоса, пластины, профили и пруток до 0,75 дюйма. | 70,000 (483) | 85,000 (586) |
| 980X | Лист, полоса и пластины до 0,375 дюйма. | 80,000 (552) | 95,000 (655) |
| Классифицировать | Свариваемость | Формуемость | Стойкость |
|---|---|---|---|
| Наихудший | 980X | 980X | 980X |
| 970X | 970X | 970X | |
| 965X | 965X | 965X | |
| 960X | 960X | 960X | |
| 955X, 950C, 942X | 955X | 955X | |
| 945C | 950C | 945C, 950C, 942X | |
| 950B, 950X | 950D | 945X, 950X | |
| 945X | 950B, 950X, 942X | 950D | |
| 950D | 945C, 945X | 950B | |
| 950A | 950A | 950A | |
| Лучший | 945A | 945A | 945A |
Контролируемая прокатка сталей HSLA
Механизм
Контролируемая прокатка
Контролируемая прокатка - это метод измельчения зерен стали путем введения большого количества центров зародышеобразования феррита в аустенитную матрицу путем прокатки с контролем температуры, что увеличивает прочность стали. При контролируемой прокатке выделяют три основных этапа:[12]
1) Деформация в перекристаллизация область, край. На этом этапе аустенит подвергается рекристаллизации и измельчению, что позволяет измельчать зерна феррита на более позднем этапе.
2) Деформация в неперекристаллизационной области. Зерна аустенита, удлиненные в результате прокатки и полосы деформации, также могут присутствовать внутри полосы. Удлиненные границы зерен и полосы деформации - все это центры зарождения феррита.
3) Деформация в двухфазной области аустенит-феррит. Зародыши феррита и аустенита подвергаются дальнейшему упрочнению.
Механизм усиления
Сталь HSLA с контролируемым прокатом содержит комбинацию различных механизмов упрочнения. Основной упрочняющий эффект дает измельчение зерна (Укрепление границ зерен), где прочность увеличивается с уменьшением размера зерна. Другие механизмы включают упрочнение твердого раствора и осадок твердения из микролегированных элементов.[13][14] После того, как сталь выдержит температуру аустенитно-ферритной области, она дополнительно упрочняется путем упрочнение.[13][12]
Механические свойства
Стали HSLA, подвергнутые контрольной прокатке, обычно имеют более высокую прочность и ударную вязкость, а также более низкую температура вязко-хрупкого перехода[14] и свойства вязкого разрушения.[13] Ниже приведены некоторые распространенные микролегированные элементы, используемые для улучшения механических свойств.
Влияние микролегированных элементов:
Ниобий: Nb может повысить температуру рекристаллизации примерно на 100 ° C,[12] тем самым расширяя область без рекристаллизации и замедляя рост зерна. Nb может как увеличить прочность, так и ударную вязкость за счет ускоренного упрочнения и измельчения зерна.[14] Кроме того, Nb является сильным карбид / нитридообразователем, образующийся Nb (C, N) может препятствовать росту зерна во время перехода аустенита в феррит.[14]
Ванадий: V может значительно повысить прочность и температуру перехода за счет упрочнения осадка.[14]
Титан: Ti имеет небольшое увеличение прочности как за счет измельчения зерна, так и за счет упрочнения осадка.
Nb, V и Ti являются тремя распространенными легирующими элементами в стали HSLA. Все они хорошо образуют карбиды и нитриды,[12] где образовавшиеся выделения могут предотвратить рост зерен за счет закрепления границ зерен. Все они также являются ферритообразователями, которые увеличивают температуру перехода двухфазной области аустенит-феррит и уменьшают область отсутствия рекристаллизации.[12] Уменьшение области без рекристаллизации вызывает образование полос деформации и активированных границ зерен, которые являются альтернативными участками зарождения феррита, кроме границ зерен.[12]
Другие легирующие элементы предназначены в основном для упрочнения твердого раствора, включая кремний, марганец, хром, медь и никель.[14]
Рекомендации
- ^ а б «Классификация углеродистых и низколегированных сталей». Получено 2008-10-06.
- ^ а б c d е ж "HSLA Steel". 2002-11-15. Архивировано из оригинал на 2010-01-03. Получено 2008-10-11.
- ^ Дегармо, стр. 116.
- ^ Такая же плотность, как у углеродистой стали, см. Следующий абзац.
- ^ «Свойства нержавеющей стали для автомобильной конструкции» (PDF). Euro Inox. Июнь 2000 г. Архивировано с оригинал (PDF) на 2007-09-28. Получено 2007-08-14.
- ^ ASTM E119
- ^ «Сталь баллистической защиты Swebor Armor 500» (PDF). Swebarmor.
- ^ Листовая холоднокатаная сталь, заархивировано из оригинал на 2008-04-30, получено 2008-10-11
- ^ Оберг, стр. 440-441.
- ^ Оберг, стр. 441.
- ^ Оберг, стр. 442.
- ^ а б c d е ж Тамура, Имао (1988). Термомеханическая обработка высокопрочных низколегированных сталей. Баттерворт.
- ^ а б c Моррисон, У. (1976). «Управляемая прокатка». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки. 282: 289–303.
- ^ а б c d е ж Танака, Т. (1981). «Контролируемая прокатка стального листа и полосы». Международные обзоры металлов. 26:1: 185–212.
Источники
- Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
- Oberg, E .; и другие. (1996), Справочник по машинам (25-е изд.), Industrial Press Inc.
