ارزیابی فولادی استحکام بالا در صنعت سازه های فولادی
استفاده ار سازه های فولادی استحکام بالا به دلیل مزایای فنی و اقتصادی
در بسیاری کشورها گسترش یافته است اما کاربرد این فولادها در کشور به خاطر
عدم شناخت کافی رواج نیافته است. در این مقاله خصوصیات مکانیکی متالوژیکی
این آلیاژها برای استفاده در سازه های فولادی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
ابتدا مکانیزم های افزایش استحکام در این فولادها توصیف می شود، سپس عوامل
کلیدی در انتخاب فولادهای استحکام بالا شامل استحکام تسلیم، قابلیت
جوشکاری، ضربه پذیری و قیمت تمام شده مورد تحلیل قرار می گیرد و به دنبال
آن کاربردهای این گروه از فولادها در سازه های گوناگون بیان می شود. در
انتهای مقاله خوص فولاد 52-St به عنوان یکی از فولادهای استحکام بالا از
تولیدات شرکت فولاد مبارکه اصفهان معرفی خواهد شد و با فولادهای معمول
ساختمانی مقایسه می شود.
مقدمه
واژه فولاد ساختمانی (structural steel) عموماً به فولادهای C-Mn اطلاق
می شود که ساختاری فریتی – پرلیتی دارند و در تناژ بالا برای مصارف
ساختمانی و شیمیایی تولید می شوند. تولیدات اغلب به صورت ورق و مقاطع شکل
دار است. که ضخامت آنها گاه بیش از 10 سانتیمتر می رسد، استحکام تسلیم تا
حدود N/mm² 500 است ولی گریدهای کم آلیاژ با انجام عملیات حرارتی تا مقادیر
N/mm²700 را نیز کسب می کنند. ساختمان، پل، مخازن، کشتی و خودرو از
کاربردهای مرسوم این فولادها به شمار می آید، اما اخیراً در سکوهای نفت و
گاز دریایی، خطوط لوله و مصارف دمای پایین نیز وارد شده اند و مصارف آنها
گسترش روزافزونی یافته است.
تحقیقات ده1950 را می توان انقلابی در طراحی فولادهای سازه قلمداد نمود؛
کار دو نفر از محققین نشان داد که ریز کردن دانه های فریت منجر به افزایش
استحکام تسلیم تافنس فولادی می شود. به این ترتیب فولادهای ساختمانی با
نقطه تسلیم Mpa 300 همراه با ضربه پذیری خوب و قابلیت جوشکاری مناسب تولید
شد که در ترکیب آنها از مقادیر اندک آلومنیوم برای ریزسازی دانه ها استفاده
شده بود. ریز کردن دانه ها در فولادهای فریتی –پرلیتی اکنون نیز مهمترین
پارامتر متالوژیکی برای اصلاح فولادهای سازه به شمار می آید برای دستیابی
به استحکام بالاتر مکانیزم های دیگری را مانند تشکیل رسوبات ریز می توان به
کار گرفت. با افزودن مقادیر کم (تا حدود 15/0 درصد) عناصر نیوبیم، وانادیم
و تیتانیم به فولادهای ساختمانی می توان استحکام تسلیم را تا حوالی Mpa
500 بالا برد این عناصر را میکروآلیاژی می نامند و آلیاژ حاصل در گروه
فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) قرار می گیرد.
در تحقیقات بعدی فرایند تولید فولاد HSLA نیز مورد توجه قرار گرفت و
نورد کنترل شده به عنوان مکمل ترکیب شیمیایی برای دستیابی به سطوح استحکام
بالاتر تعریف شد. به این ترتیب توانستند فولادهای ریزدانه را در حالت نورد
شده و بدون نیاز به عملیات هزینه بر نرماله کردن به استحکام مورد نظر
برسانند.نکته قابل توجه ان است که با حذف این عملیات حرارتی خواص مکانیکی
بهتری هم در فولاد ایجاد می شد. تحقیقات دهه های 1970 به بعد نشان داد که
علاوه بر حضور عناصر میکروآلیاژی و نورد کنترل شده،نحوه سرد شدن را نیز می
توان چنان اجرا نمود که باز هم مشخصات مکانیکی را ارتقا دهد و به این ترتیب
فرآوری ترمومکانیکی وارد صنعت تولید فولاد شد.