ساخت فولاد مارتنزیتی کم آلیاژ با کربن بالا با استحکام تسلیم 2.6 گیگاپاسکال و شکلپذیری خوب
A low-alloy high-carbon martensite steel with 2.6 GPa tensile strength and good ductility (1 October 2018)
تولید فولادهای دارای استحکام بسیار بالا و شکلپذیری خوب، همواره هدف محققین بوده است تا از طریق کاهش وزن خودروها و در نتیجه کاهش مصرف سوخت، آلودگی محیط زیست کاهش یافته مشکل کمبود انرژی حل شود. با این حال، معمولاً مبادله بین استحکام و شکلپذیری مواد وجود دارد و با افزایش استحکام تسلیم، شکلپذیری بدتر میشود. فولادهای ماریجینگ دستهای از مواد با استحکام بالا هستند که زمینه مارتنزیتی را با ذرات رسوب داده شده ترکیب میکنند اما مقدار زیادی از عناصر آلیاژی گران قیمت مانند کبالت، مولیبدن، نیکل، تیتانیم در آنها به کار میرود که موجب افزایش قیمت نهایی میگردد. اما با توجه به هدف پژوهشگران برای کاهش هزینه همراه با افزایش عملکرد فولادهای نوین، تلاشهای گستردهای برای ساخت فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا صورت گرفته است تا بدون استفاده از عناصر آلیاژی بسیار گرانقیمت، فولادی با استحکام بالا و شکلپذیری خوب تولید شود.
در این زمینه، در یک کار پژوهشی که در مجله معتبر Acta Materialia منتشر شده است، محققین یک فولاد کم آلیاژ مارتنزیتی با کربن بالا (0.66%) را ساختهاند که دارای دانههای بسیار ریز میباشد. به طور خلاصه، برای ساخت این فولاد از فرایند Tempforming (تمپرینگ و تغییرشکل فولاد کوئنچ شده) استفاده شده است که سپس دوباره به فولاد حرارت داده شده است و پس از آن، عملیات کوئنچ در آب صورت گرفته است و دوباره عملیات تمپرینگ در دمای پایین صروت گرفته است (مسیر عملیات حرارتی در شکل نشان داده شده است). پس از انجام این فرایند، اندازه دانههای پیش-از-آستینتی-شدن فولاد، به 2.4 میکرومتر کاهش یافت و استحکام تسلیم آن به 2.6 گیگاپاسکال رسید که 7% تیز تغییر شکل داشت. این میزان استحکام تسلیم، بالاترین سطح در مقایسه با فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا به شمار میرود. میکروساختار مارتنزیت کربن بالا دارای تراکم بالای نابجاییها، کاربیدهای کروی حل نشده و فازهای Fe3C و Fe5C2 نانومتری است که در داخل فاز مارتنزیت و پس از تمپرینگ، رسوب یافتهاند. مکانیزمهای افزایش استحکام فولاد مارتنزیتی با دانههای بسیار ریز، عمدتاً استحکامدهی از طریق نابجایی و پیرسختی و ریزدانه شدن، است. استحکام تسلیم و داکتیلیته این فولاد در مقایسه با فولادهای ماریجینگ فعلی مانند C350، بسیار بهتر است، در حالی که عناصر آلیاژی در آن به کار نرفته است و هزینه مواد این فولاد کم آلیاژ نیز، یک-پنجاهم فولاد C350 است. تمام این مزیتها، موجب میشود که این فولاد نوین کم آلیاژ با هزینه بسیار پایین، کاربردهای گستردهای در صنعت داشته باشد.
DOI: 10.1016/j.actamat.2018.07.060
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)