ساخت فولاد منگنزی شکل پذیر با استحکام فوق العاده بالا از طریق فرایند نورد گرم
Super-high-strength and formable medium Mn steel manufactured by warm rolling process
فولادهای منگنزدار با 5 تا 12 درصد وزنی منگنز، به عنوان نسل سوم فولادهای اتوموبیل در نظر گرفته می‌شوند چون تلفیقی عالی از استحکام و چقرمگی را فراهم می‌کنند. تلاش‌های گسترده و اخیر در این زمینه منجر به پیشرفت چشمگیری در توسعه فولادهای منگنز دار شده است. گزارش شده است که خواص مکانیکی این نوع فولادها با توجه به میزان آستنیت باقی مانده در ساختار تغییر می‌کند و در نتیجه بسیار مهم است که پایداری مکانیکی و میزان آستنیت باقی مانده کنترل شود تا خواص مکانیکی بهتری حاصل شود.
در مقاله‌ای که در مجله Acta Materialia، به فولادهای منگنزدار پرداخته شده است و به استحکام و چقرمگی فوق العاده‌ای منجر شده است. با استفاده از فرایند نورد گرم و افزودن کنترل شدۀ وانادیم حین ریخته گری، یک فولاد با استحکام بسیار بالا ساخته شده است که قابلیت شکل پذیری خوبی نیز دارد. در این روش، نه تنها ذرات ریز VC به صورت گسترده در فریت و آستنیت ترسیب می‌شوند، بلکه توزیع دو حالتی اندازه دانه‌های آستنیت باقی مانده نیز حاصل می‌شود. از این طریق، پس از آنیل کردن فولاد منگنز دار آلیاژ شده با وانادیم، استحکام تسلیم تا 650 مگا پاسکال افزایش یافت و تخریب چقرمگی نیز مشاهده نشد.
برای ساخت این فولاد، دو نمونه در یک کوره القایی خلأ 50 کیلویی ذوب شد و به صورت شمش ریخته شد. ترکیب این دو نمونه به صورت 0.47C-9.97Mn-0.7V-2.01Al و 0.45C-9.71Mn-1.99Al بوده است. هردو نمونه دارای تقریباً ده درصد منگنز بوده‌اند اما تنها به یکی از آن‌ها وانادیم اضافه شده است و نمونه دوم به عنوان مرجع و برای بررسی اثر افزودن وانادیم بررسی شده است. با استفاده از نرم افزار Thermal-Calc درصدهای فازی تعادلی نمونه‌های فولادی در دماهای مختلف محاسبه شده است. پس از ریخته گری، فرایند فرج گرم بر روی شمش ها انجام شده است تا بیلت‌هایی با ضخامت 40 میلی متر ساخته شود وسپس به آن‌ها تا 1150 برای 2.5 ساعت حرارت داده شده است تا عملیات حرارتی انحلالی صورت پذیرد و کربونیترید وانادیم در آن حل شود. در ادامه، بیلت‌ها در دمای 800 درجه نورد گرم شدشند و پس از آن با آب تا دمای اتاق سرد شدند تا از رسوب دهی VC جلوگیری شود. دوباره قطعات نورد گرم شده با ضخامت 4 میلی متر، نورد گرم شدند تا به ضخامت 2 یا 1.5 میلی متر برسد. چندین فرایند شکل دهی دیگر نیز بر روی این نمونه‌ها انجام شده است تا قطعات نهایی ساخته شوند. در واقع با ترکیب چندین مرحله عملیات حرارتی، بهینه سازی ساختار و خواص مکانیکی انجام شده است
نتایج این پژوهش نشان داد که افزودن 0.7% وانادیم به فولاد 10Mn، پس از فرایند نورد گرم و آنیل کردن، منجر به افزایش چشمگیر استحکام به میزان 650 مگاپاسکال می‌شود. دلیل این افزایش استحکام ترسیب ذرات نانومقیاس VC در دانه‌های فریت و آستنیت است. در آلیاژ دارای وانادیم، دانه‌های بزرگ آستنیت باقی مانده در ابتدا به مارتنزیت تبدیل می‌شوند و در ادامه به دلیل انتشار نابجایی‌ها، پلاسیسیته در اثر دوقلویی شدن و پلاسیسیته در اثر استحاله، در دانه‌های بسیار ریز آستنیت باقی مانده کارسختی رخ می‌دهد. بهترین نمونۀ ساخته شده دارای استحکام تسلیم 1.5 گیگاپاسکال و 28% کرنش نهایی بود.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (مترس – MatRes)