عبارات "کوئنچ و خنثی" (Q&T) و "-استحکام بالا" توصیف کننده دقیق حالت متالورژیکی آن و فرآیند صنعتی خاص مورد استفاده برای دستیابی به آن هستند.
1. چرا به آن "فولاد با استحکام بالا و استحکام بالا{1}" می گویند
این نام خلاصه ای مستقیم از ویژگی کلیدی و مسیر تولید تعیین کننده آن است.
«-قدرت بالا»: این ویژگی عملکرد اصلی آن است. با حداقل استحکام تسلیم 890 مگاپاسکال (≈129 ksi)، به رده فولادهای فوق-استحکام بالا (UHSS) تعلق دارد. استحکام آن 2.5 برابر فولاد سازه معمولی (S355) است که طراحی های سبک تر و کارآمدتر را امکان پذیر می کند.
"کوئنچ و خنثی": این روش انحصاری است که توسط آن این استحکام استثنایی، همراه با چقرمگی کافی، به دست می آید. این فقط قوی نیست. این قوی است زیرا آن را خاموش و مزاج شده است. این فرآیند آن را از سایر فولادهای با استحکام بالا متمایز می‌کند که از طریق روش‌های مختلف استحکام می‌یابند (مانند کار سرد، سخت شدن رسوبی در فولادهای میکرو-آلیاژی).
2. فرآیند اصلی تولید: تسلط حرارتی دو مرحله ای
فرآیند Q&T یک توالی دقیق کنترل شده از گرمایش و سرمایش است که ریزساختار داخلی فولاد را تغییر می دهد. برای S890QL1، این فرآیند کاملاً توسط استانداردهایی مانند EN 10025-6 تعریف شده است.
در اینجا تفکیک مرحله به مرحله-- آمده است:
مرحله 1: خاموش کردن (مرحله "سخت شدن")
هدف: ایجاد یک ریزساختار بسیار سخت، اما بیش از حد شکننده، در سراسر ضخامت صفحه فولادی.
فرآیند:
آستنیته کردن: صفحه فولادی تا دمای بالا (معمولاً 880 درجه - 950) درجه در یک کوره گرم می شود. در این دما، ریزساختار آن به طور کامل به یک محلول جامد به نام آستنیت تبدیل می شود و همه عناصر آلیاژی به طور یکنواخت حل می شوند.
خنک‌سازی سریع (کوئنچ): سپس صفحه به سرعت از کوره خارج می‌شود و با سرعت بسیار زیاد سرد می‌شود، معمولاً با پاشش با جت‌های آب فشار بالا- یا غوطه‌ور شدن در محلول پلیمری. این خنک‌سازی سریع ساختار آستنیتی را منجمد می‌کند و از تبدیل شدن آن به فازهای نرم‌تر (فریت، پرلیت) که در طول خنک‌سازی آهسته تشکیل می‌شوند، جلوگیری می‌کند.
ریزساختار حاصل: آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود - ساختار کریستالی بسیار سخت-سوزن-. این مارتنزیت به فولاد استحکام بالایی می بخشد اما ذاتا شکننده و مستعد ترک خوردن است.
مرحله 2: معتدل کردن (مرحله "سخت کردن")
هدف: مبادله مقدار کنترل شده سختی/استحکام حاصل از کوئنچ برای افزایش چشمگیر چقرمگی، شکل پذیری و پایداری ابعادی، که فولاد را در کاربردهای مهندسی قابل استفاده می کند.
فرآیند:
گرم کردن مجدد: صفحه کاملاً خاموش شده (شکننده) تا دمای بحرانی زیر{0} که با دقت انتخاب شده است، معمولاً در محدوده 550 درجه تا 650 درجه گرم می شود. این دما کمتر از نقطه‌ای است که آستنیت دوباره تشکیل می‌شود، اما به اندازه‌ای بالاست که امکان حرکت اتمی را فراهم کند.
خیساندن: صفحه برای مدت زمان محاسبه شده (بسته به ضخامت) در این دما نگه داشته می شود و امکان یک سری تغییرات متالورژیکی را فراهم می کند:
تسکین استرس: استرس های داخلی ناشی از خاموش شدن کاهش می یابد.
رسوب کاربید: کربن اضافی در مارتنزیت ذرات کاربید ریز و پراکنده (مانند وانادیم، مولیبدن) را تشکیل می دهد. این یک مکانیسم تقویت کننده کلیدی است.
دگرگونی ریزساختار: مارتنزیت شکننده به ریزساختار انعطاف پذیرتر و سخت تری به نام مارتنزیت تمپر شده یا بینیت تمپر شده تبدیل می شود.
خنک سازی کنترل شده: سپس صفحه معمولاً در هوای ساکن خنک می شود.
ریزساختار حاصل: مارتنزیت تمپر شده. این ساختار دارای سطح مقاومت بسیار بالایی است (تولید 890 مگاپاسکال) اما اکنون دارای انعطاف پذیری کافی است و برای S890QL1 بسیار مهم است، چقرمگی ضربه مورد نیاز برای برآورده کردن مشخصات "-60 درجه (L1)".
3. نقش ترکیب شیمیایی
فرآیند Q&T تنها به دلیل طراحی آلیاژی خاص S890QL1 موثر است:
کربن کم (~0.15-0.18%): سختی پذیری را برای تشکیل مارتنزیت فراهم می کند و در عین حال جوش پذیری خوبی را حفظ می کند.
عناصر آلیاژی (Mn, Cr, Ni, Mo, B, V): اینها «توانمندسازها» هستند.
تقویت‌کننده‌های سخت‌پذیری (B، منگنز، کروم، مو): اطمینان حاصل کنید که تبدیل مارتنزیتی حتی در هسته صفحات ضخیم در طول کوئنچ رخ می‌دهد.
افزایش دهنده چقرمگی (Ni): برای دستیابی به چقرمگی {0}درجه حرارت پایین (-60 درجه) بسیار مهم است.
تقویت‌کننده‌های بارشی (V, Mo): کاربیدهای ریز را در طول تلطیف تشکیل می‌دهند و به استحکام بالای نهایی کمک می‌کنند.
ترکیب: "Q" در S890QL1
"Q" در نام درجه، نام رسمی برای این شرایط دقیق خاموش و معتدل طبق EN 10025-6 است. این تضمینی است که صفحه فولادی دریافتی شما تحت این عملیات حرارتی پیچیده،{2}}فوق العاده و کنترل شده دو مرحله ای قرار گرفته است.
به طور خلاصه:S890QL1 «فولاد با استحکام بالا{2}}کوئنچ و تمپر شده» نامیده می‌شود زیرا ترکیب بی‌نظیر آن از استحکام تسلیم 890 مگاپاسکال و چقرمگی -60 درجه، محصول مستقیم و جدانشدنی فرآیند تولید کوئنچ-و تمپر است. این فرآیند چیزی است که یک ترکیب شیمیایی نسبتاً معمولی را به یک ماده مهندسی خارق‌العاده تبدیل می‌کند.