میکرو آلیاژ

فولاد میکرو آلیاژی (MA) یا فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا (HSLA) دسته مهمی از فولادها را تشکیل می‌دهند.

که حدود 12% از کل تولیدات فولاد جهان را تشکیل می‌دهند. فولاد میکرو آلیاژی دارای 0.07 تا 0.12 درصد کربن، حدود 2 درصد منگنز و درصد کمی از عناصر آلیاژی. مانند نیوبیم، وانادیم و تیتانیوم (معمولاً کمتر از 0.1 درصد) در آنالیزهای شیمیایی مختلف است.

فولاد میکرو آلیاژی چیست؟

فولادهای میکرو آلیاژی در نیمه دوم قرن بیستم به بازار عرضه شدند. ورود این فولادها یکی از بزرگترین پیشرفت‌ها در توسعه فولادهای جدید بود. در این فولادها، مقادیر کمی نیوبیم یا وانادیم یا تیتانیوم اضافه شد. که منجر به دلیل در تبلور مجدد توسط رسوبات نیتریدهای کربن این ریز عناصر شد. در نتیجه ساختاری ریز دانه به دست آمد. فرآیند رسوب کربن نیترید Nb(C,N) به شدت بر ریزساختار و خواص نهایی محصولات تأثیر می‌گذارد. رسوبات از تبلور مجدد آستنیت جلوگیری می‌کند که منجر به کاهش اندازه دانه‌های فریت پس از تبدیل آستنیت می‌شود.

فولاد میکرو آلیاژی (MA) یا فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا (HSLA) جزوی از فولادهاست. که در هر بخش از صنایع فولاد در بسیاری از نقاط جهان استفاده می‌شود. این فولادها نقش مهمی در برخی از صنایع کلیدی مانند استخراج نفت و گاز، ساخت و ساز و حمل و نقل ایفا می‌کنند.

این فولادها برای اولین بار در دهه 1960 برای خطوط لوله نفت و گاز با قطر بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند. فولاد میکرو آلیاژی در مقایسه با فولاد کربنی متوسط، استحکالا، چقرمگی بهبود یافته و جوش‌پذیری بهتری دارد.

تعریف فولاد آلیاژی، کم آلیاژی و میکرو آلیاژی در به شرح زیر است.

فولاد آلیاژی (Alloy steel) : فولادی که دارای مقادیر قابل توجهی از عناصر آلیاژی. (به غیر از کربن، منگنز، سیلیکون و غیره) است که منجر به تغییراتی در خواص مکانیکی یا فیزیکی آن می‌شود.

فولاد کم آلیاژ (Low Alloy Steel) : فولاد کم آلیاژ دارای کمتر از 3.5 درصد عناصر آلیاژی است. مانند 2.25 کروم و 1% مولیبدن.

فولاد میکرو آلیاژی (Micro Alloy Steel) : فولاد میکرو آلیاژی دارای مقادیر کمی وانادیم، نیوبیم و/ یا تیتانیوم است. هر یک از آنها معمولاً کمتر از 0.10% و کل عناصر میکرو آلیاژی کمتر از 0.15% ترکیب شیمیایی فولاد را تشکیل می‌دهند. همچنین به عنوان فولادهای HSLA شناخته می‌شوند.

ترکیب شیمیایی

فولاد میکروآلیاژی معمولاً دارای 0.07 تا 0.12 درصد کربن، حدود 2 درصد منگنز و درصد کمی از نیوبیم. وانادیم و تیتانیوم (حداکثر 0.1 درصد) در آنالیزهای مختلف است. محصولات فولاد میکرو آلیاژی اغلت در فرآیند نورد حرارتی مکانیکی تولید می‌شود که موجب بهبود خواص مکانیکی آنها می‌شود.

مولیبدن نقش مهمی در ساختار فولاد میکرو آلیاژی دارد. افزودن 0.1 تا 0.2 درصد مولیبدن ساختار دانه ریز فریت سوزنی شکل ایجاد می‌کند. و به طور قابل توجهی اثرا سخت شدن رسوبی حاصل از سایر عناصر آلیاژی را افزایش می‌دهد.

بطورکلی می‌توان گفت که درصد عناصر فولاد میکروآلیاژی در محدوده قرار می‌گیرند.

مزایا

برخی از مزایای قابل توجه استفاده از فولادهای میکروآلیاژی عبارتند از:

• نیاز به عملیات حرارتی و میزان حساسیت به ترک با معادل کربن کمتر (CE) به حداقل می‌رسد.
• جوش‌پذیری و چقرمگی جوش با کاهش محتوای کربن بهبود می‌یابد.
• وزن فولاد میکروآلیاژی حدود 25 درصد کمتر از فولاد کربنی نورد گرم با همان استحکام است.
• با افزایش ظرفیت پمپاژ لوله داخلی باعث صرفه‌جویی در عملیات می‌شود.
• هزینه‌های ساخت به دلیل صرفه‌جویی در وزن حمل و نقل و جابجایی کاهش ‌می‌یابد.

کاربرد

فولاد میکرو آلیاژی را می‌توان در صنایع و تجهیزات زیر استفاده کرد.

• پل‌ها
• اجزای سازه‌ای معلق
• ساختمان‌ها
• وسیله نقلیه/حمل ونقل
• لوله و اتصالات
• تجهیزات سنگین
• ریل
• سکوها و تجهیزات فراساحلی
• کشتی‌سازی و شناورهای نیروی دریایی
• مخازن تحت فشار
• صنعت خودرو
• خطوط لوله نفت و گاز

انــــواع فــــولاد میــــکرو آلــــیاژی

در جدول زیر به رایج‌ترین فولادهای میکروآلیاژی و کاربرد عمده آنها اشاره شده است.

طبقه بندی فولادهای کم آلیاژ HSLA

• فولادهای مقاوم در برابر آب و هوا (Weathering steels)

فولاد هایی که مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند. مانند COR-TENT، این نوع آلیاژها در ترکیب ساخت خود مقدار کمی فسفر و مس دارند. تا میزان مقاومت آنها در برابر فرسایش های آب و هوایی افزایش یابد.

• فولادهای رول شده با کنترل (Control -rolled steel)

رول های داغ فولاد که ساختار بسیار گسیخته آستنیت دارند. که به ساختار آهن و کربنی مکعبی خوبی ضمن فرآیند سرد کردن تبدیل می شوند.

• فولاد های کم پرلیت (Pearlite -reduced steel)

فولادهای با کربن کم یا بدون کربن که ساختار دانه ای آهن و کربن خوبی دارند. که به وسیله ته نشینی افزایش قدرت می یابند.

• فولادهای فریت (Acicular ferrite steel)

این فولادها به وسیله ساختار آهن و کربنی سوزنی. مقدار بسیار کمی کربن و سخت سازی خوبی افزایش قدرت داده می شوند. درصد کربن در این نوع فولادها بسیار اندک است و خواصی همچون جوش پذیری و شکل پذیری خوبی را دارند.

• فولادهای دو فازی (Dual-Phase steel)

این فولادها میکرو ساختار آهن و کربنی متشکل از مقدار کم و یکنواخت مارتنزیت دارند. این میکروساختار باعث کاهش قدرت تسلیم، افزایش درجه سختی و شکل پذیری خوب می شود. فولادهای دو فاز شکل پذیری خوب را دارند و همچنین استحکام کششی آنها بالاست.

فولاهای میکروآلیاژی (Micro-alloyed steel)

فولادی که دارای مقدار کمی نوبیوم، وانادیوم و/یا تیتانیوم می باشد. که باعث بهبود اندازه دانه و/یا سخت شدن به وسیله ته نشینی می شود.

نوع معمول از Micro – alloyed steel بهبود یافته از نظر شکل پذیری HSLA می باشد. این نوع، قدرت تسلیم تا 80000 (550Mpa)psi دارند ولی تنها 24 درصد بیشتر از فولاد A360 با 36000 (250Mpa)psi هزینه دارند. یکی از نقاط منفی این نوع فولاد این است که 30 تا 40 درصد کمتر شکننده می باشند. در ایالات متحده این نوع فولاد براساس استاندارد ASTM. در دسته های A1008/A1008M و A1011/A1011M برای ورق های فلزی و A656/A656M برای صفحات فلزی تقسیم می شوند. این فولادها برای خودروسازی جهت حفظ قدرت در عین کاهش وزن تولید شده اند. برای نمونه: میله های استحکام در، شاسی، تقویت ترمز، سیستم هدایت و تعلیق، ضربه گیری و چرخ ها.