این یک ملاحظات مهندسی حیاتی است که به عنوان "اثر ضخامت" یا "اثر اندازه" شناخته می شود. خواص مکانیکی فولاد Q355B با افزایش ضخامت، به ویژه از نظر استحکام تسلیم، استحکام کششی و چقرمگی ضربه کاهش مییابد. این به صراحت در استانداردهایی مانند GB/T 1591-2018 در نظر گرفته شده است.
در اینجا یک تفکیک دقیق از چگونگی و چرایی تغییر ویژگی ها و داده های کلیدی آورده شده است:
1. تغییرات ویژگی های کلیدی با ضخامت
الف) استحکام تسلیم (ReH) و مقاومت کششی (Rm) - افت استحکام
با افزایش ضخامت صفحه، حداقل تسلیم تضمین شده و استحکام کششی کاهش می یابد. این مهمترین عامل طراحی است.
مقادیر استاندارد از GB/T 1591-2018 برای Q355B:
| ضخامت محصول (t) یا قطر (mm) | قدرت تسلیم (ReH) حداقل (MPa) | مقاومت کششی (Rm) (MPa) |
|---|---|---|
| t کمتر یا مساوی 16 | 355 | 470 - 630 |
| 16 < t کمتر یا مساوی 40 | 345 | 470 - 630 |
| 40 < t کمتر یا مساوی 63 | 335 | 470 - 630 |
| 63 < t کمتر یا مساوی 80 | 325 | 470 - 630 |
| 80 < t کمتر یا مساوی 100 | 315 | 470 - 630 |
| 100 < t کمتر یا مساوی 150 | 305 | 450 - 600 |
| 150 < t کمتر یا مساوی 250 | 285 | 450 - 600 |
| t > 250 | 265 | 440 - 590 |
مثال:یک صفحه با ضخامت 20 میلیمتر دارای حداقل بازده 345 مگاپاسکال است، در حالی که یک صفحه ضخامت 100 میلیمتر تنها 315 مگاپاسکال{4}} کاهش ~11 درصدی دارد. طراحان باید از مقدار صحیح برای ضخامت خاص خود استفاده کنند.
ب) چقرمگی ضربه - TOUGHNESS DROPS
انرژی ضربه تضمین شده Charpy در درجه +20 (بیشتر یا مساوی 34 ژول برای Q355B) برای نمونههای استاندارد 10×10 میلیمتر اعمال میشود. برای صفحات ضخیم تر:
از طریق-ناهمگنی ضخامت:هسته یک صفحه ضخیم در طول نورد کندتر سرد می شود، که منجر به ساختار دانه درشت تر و چقرمگی کمتر در مقایسه با سطح دانه ریزتر-می شود.
محل نمونه:اگر نمونههای ضربهای از ضخامت 1/4 یا موقعیت هسته گرفته شوند (بر اساس نیاز برای صفحات سنگین در برخی مشخصات)، مقادیر اندازهگیری شده خواهد بود.پایین ترنسبت به آنهایی که از یک مکان سطحی هستند.
مفهوم عملی:برای کاربردهای حیاتی (مثلاً لرزهای، فراساحل)، صفحات ضخیم Q355B ممکن است نیاز به ارتقاء به Q355C/D/E داشته باشند تا ضخامت چقرمگی کافی را تضمین کنند.
ج) شکل پذیری - کمی کاهش یافته است
ازدیاد طول (A%) also has a slight thickness dependency in the standard, with minimum requirements decreasing modestly for thicker sections (e.g., from ≥21% for t≤40mm to ≥19% for t>63 میلی متر).
د) از طریق-ویژگی های ضخامت (Z-جهت) - به طور قابل توجهی کاهش یافته است
خطر لمینیت:صفحات ضخیم تر در هنگام انجماد بیشتر مستعد جداسازی ناخالصی ها (S, P) در ضخامت میانه- هستند.
Z-مقاومت کششی جهت:اگر طراحی به استحکام ضخامت{0} (برای مقاومت در برابر پارگی لایه در اتصالات جوش داده شده) نیاز دارد، Q355B استاندارد ممکن است کافی نباشد.فولاد با کیفیت Z15، Z25 یا Z35(به ازای GB/T 5313) با کاهش تضمین شده مساحت در جهت ضخامت باید برای اتصالات جوشی ضخیم و بسیار مهار شده مشخص شود.
2. علل ریشه ای اثر ضخامت
فرآیند تولید (نورد و خنک کننده):
اثر خاموش کننده سطح:صفحات نازکتر پس از عبور غلتشی سریعتر سرد میشوند و در نتیجه ریزساختار فریت{0}پرلیت ظریفتری در سطح ایجاد میشود که قویتر و سختتر است.
خنک کننده هسته کندتر:هسته صفحات ضخیم بسیار کندتر سرد می شود و به دانه ها اجازه می دهد بزرگتر شوند و در نتیجه ریزساختار درشت تر و ضعیف تری ایجاد می شود.
کاهش چرخش کمتر:هسته یک دال ضخیم در مقایسه با لایههای سطحی تحت تغییر شکل مکانیکی (کاهش) کمتری قرار میگیرد که به دانههای درشتتر نیز کمک میکند.
عوامل آماری و متالورژی:
احتمال نقص:بخشهای ضخیمتر دارای حجم بیشتری از مواد هستند، که احتمال وجود آخالها، حفرههای کوچک-یا جداسازی شیمیایی را افزایش میدهد که میتواند مواد را ضعیف کند.
تنش های پسماند:تنشهای پسماند بالاتر ناشی از خنکشدن ناهموار در صفحات ضخیم میتواند به طور موثر مقاومت تسلیم اندازهگیری شده را کاهش دهد.
3. مفاهیم حیاتی برای طراحی و ساخت
| فعالیت | مفهوم اثر ضخامت |
|---|---|
| طراحی سازه | استحکام طراحی (fy) باید بر اساس ضخامت واقعی عضو انتخاب شود. استفاده از مقدار "t کمتر یا مساوی 16 میلیمتر" (355 مگاپاسکال) برای یک تیر با ضخامت 50 میلیمتر غیر محافظهکارانه و ناایمن است. همیشه به جدول ضخامت-در GB/T 1591 مراجعه کنید. |
| تهیه مواد | در سفارشات خرید، هم درجه (Q355B) و هم محدوده ضخامت (مثلاً 40 < t کمتر یا مساوی 63 میلی متر) را مشخص کنید تا اطمینان حاصل شود که کارخانه فولاد را با ضمانت مقاومت صحیح تامین می کند. |
| جوشکاری صفحات ضخیم | برای جلوگیری از سخت شدن بیش از حد و ترک خوردن در HAZ مقاطع ضخیم Q355B، گرم کردن پیش گرم و کنترل شده اجباری می شود. کره یا استفاده از اتصالات انتقالی را برای جوش های بسیار ضخیم در نظر بگیرید. |
| برنامه های کاربردی حیاتی | برای صفحات ضخیم در قابهای خمشی لرزهای یا گرههای فراساحلی، ارتقاء را در نظر بگیرید: • برای چقرمگی بهتر به Q355C/D/E. • به Q355GJ (فولاد با عملکرد بالا) برای استحکام پایدارتر در ضخامت ها. • مشخص کردن ویژگیهای جهت {0}Z برای جلوگیری از پارگی لایه. |
خلاصه
خواص مکانیکی فولاد Q355B ثابت نیست. آنها تابعی از ضخامت محصول هستند. با افزایش ضخامت:
کاهش تسلیم و استحکام کششی (در جداول استاندارد).
چقرمگی ضربه، به ویژه در هسته، کاهش می یابد.
خطر عیوب داخلی (لمینیت) افزایش می یابد.
بنابراین، مهندسان هرگز نباید از یک "مقدار کتابچه راهنمای" برای Q355B استفاده کنند. حداقل مقادیر ضخامت-از استاندارد مواد (GB/T 1591-2018، جدول 2) مقادیر الزام آور قانونی برای طراحی و ساخت هستند. برای کاربردهای ضخیم{7}} بحرانی، الزامات تکمیلی برای خواص چقرمگی و ضخامت اغلب ضروری است.