بخشی از مقاله
چکیده
تحقیق حاضر با هدف بررسی اثر عنصر آلیاژی بور بر کاهش شدت پدیده شکستگی ورق در محصولات نورد گرم شده مجتمع فولاد سبا انجام گردیده است. با توجه به بررسی های انجام شده و نتایج حاصل از آزمایشات مکانیکی مشخص شد که نمونههای معیوب دارای اندازه دانه ریزتری نسبت به نمونههای سالم هستند و پدیده نقطه تسلیم نیز بیشتر در نمونههای ریزدانه مشاهده میگردد. ریز شدن دانهها همچنین بالا رفتن تنش تسلیم و ازدیاد طول در ناحیه تسلیم را به همراه دارد. در نمونههای حاوی عنصر بور، بهدلیل درشتتر بودن دانهها، عیب شکستگی ورق کاهش می یابد. در تحقیق حاضر، جهت ارزیابی نتایج حاصلشده، از ورقهای تولیدشده در مجتمع فولاد سبا، اعم از سالم و معیوب نمونهگیری شد و ارزیابی های ریزساختاری و مکانیکی روی نمونههای مذکور صورت گرفت. نتایج حاصلشده نشان داد که عامل اصلی در بروز عیب شکستگی ورق، کاهش اندازه دانههای فریت است که از طریق افزایش کرنش نقطه تسلیم و اختلاف تنش تسلیم بالایی و پایینی موجب تشدید عیب مذکور میشود. با کنترل ترکیب شیمیایی، از جمله میزان کربن، آلومینیوم و نیتروژن محلول در فولاد و با اضافه کردن بور میتوان بروز عیب مذکور را کاهش داد.
کلمات کلیدی: شکستگی ورق، ترکیب شیمیایی، اندازه دانه، بور، پدیده نقطه تسلیم.
مقدمه
هنگامیکه ورق کلافپیچ شده بدون اعمال هیچگونه تنش کششی باز شود، ورق تمایل دارد که شکل خود را حفظ نماید. بنابراین، یک سری خمشهای موضعی در عرض ورق و در فواصل مختلفی از هم ایجاد میشود تا ورق بتواند شکل خود را تغییر دهد. در اثر این خمشهای موضعی ممکن است چینها یا شیارهایی در عرض ورق رخ دهد که به شکستگی ورق1 موسوم است.
شکستگی ورق میتواند در اثر پدیده نقطه تسلیم یا کرنشهای پیشرونده بوجود آیند 3]، .[4 در فولادهای کمکربن و آلیاژهایی که دارای مقدار کمی ناخالصیهای محلول بصورت بیننشین - مانند کربن، نیتروژن و اکسیژن - هستند، نوعی تغییر حالت موضعی از تغییر شکل الاستیک به پلاستیک رخ میدهد که باعث ایجاد پدیده نقطه تسلیم در منحنی تنش کرنش ماده میگردد.
یافتههای تحقیقات قبلی در این زمینه1]، [2 نشان داد که هر چه اندازه دانه کوچکتر باشد، احتمال بروز عیب بیشتر است. نتایج بیانگر این است که برای مقادیر بالاتر از 1/5 میلیمتر ازدیاد طول در ناحیه تسلیم، احتمال بروز عیب شکستگی ورق در کلاف بسیار بالاست. همچنین در نمونههای معیوب اختلاف تنش تسلیم بالاتر از 20 MPa است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که ازدیاد طول نقطه تسلیم بالاتر از 2 mm به همراه اختلاف تنش تسلیم بالاتر از 20 MPa یک معیار اساسی برای تشکیل شکستگی ورق است.
روش تحقیق
در این تحقیق به بررسی اثر بور بر کاهش عیب شکستگی ورق پرداخته شد. جهت بررسی تأثیر افزودن بور در پیدایش عیب، به سه ذوب مقداری بور افزوده شد و از هر ذوب یک کلاف بهعنوان نمونه مورد بررسی قرار گرفت. سپس نمونههای انتخابی مورد ارزیابیهای ریزساختاری و مکانیکی نظیر سختی سنجی، تعیین استحکام تسلیم، استحکام کششی و درصد ازدیاد طول قرار گرفتند.
اطلاعات مربوط به کلافهای سالم - بدون عیب شکستگی ورق - از گزارشها کنترل کیفی خط برش ورق فولاد سبا استخراج گردید. سایر اطلاعات مربوط به این کلافها شامل ترکیب شیمیایی، پارامترهای فولادسازی و نورد، از سیستم مدیریت اطلاعات2 استخراج گردید.
نتایج و بحث
در فرایند ریختهگری تختال نازک و نورد پیوسته، که مجتمع فولاد سبا از آن بهره میبرد، تنها مقدار ناچیزی از نیتروژن محلول در هنگام نورد رسوب میکند و بیشتر اتمهای نیتروژن در حین سرد شدن آرام پس از کلافپیچی رسوب میکنند .[6] مقدار کمی از نیتروژن که در هنگام نورد بصورت AlN رسوب میکند، این رسوبات به علت کرنش اعمالی در حین نورد، خردشده و به اندازه کمتر از 20 نانومتر میرسند که مانع از رشد دانههای آستنیت میشوند .[7] این امر موجب ریزدانه شدن محصول میشود. از سوی دیگر ماهیت فرآیند ریختهگری تختال نازک موجب باقی ماندن مقدار زیادی از عنصر بیننشین نیتروژن در ریزساختار بصورت محلول جامد میشود که قفل شدن نابجاییها را در پی دارد. مجموعه این عوامل موجب تشدید پدیده نقطه تسلیم و در پی آن افزایش احتمال وقوع شکستگی ورق میشود.
در شکل - - 1 نمونههای حاوی بور با نمونههای سالم با یکدیگر مقایسه شدهاند. همانطور که ملاحظه میشود، نمونه حاوی بور از اندازه دانه بزرگتری نسبت به نمونه سالم برخوردار است. در جدول - 1 نتایج کمی مربوط به اندازه دانهها برای نمونه های انتخابی نشان دادهشده است. همانطور که مشاهده میشود، اندازه دانهها در تمام قسمت ها درشتتر شدهاند که آن را میتوان به افزودن بور نسبت داد. با توجه به نتایج، نمونههای حاوی بور بهطور نسبی دارای اندازه دانه درشتتری - بیشتر از 25 میکرون - نسبت به نمونههای سالم بدون عنصر آلیاژی - بیشتر از 15 میکرون1]، - [2 هستند.
مشخصات نمونههایی که به آنها عنصر بور اضافهشده است در جدول 1 و 2 آورده شده است. همانطور که مشاهده می شود، میزان این افزایش بین 0/003 تا 0/007 درصد وزنی بوده و میزان عنصر را به حد میکروآلیاژی ارتقا داده است. در جدول 3 نتایج بدست آمده از آزمون کشش برای 3 نمونه حاوی بور و بدون عنصر آلیاژی بور نشان دادهشده است. هیچ یک از این نمونهها دارای عیب شکستگی ورق نبوده است. استحکام تسلیم نمونههای حاوی بور در مقایسه با نمونههای بدون عنصر آلیاژی مقدار ریباًتق مشابهی را نشان میدهند. درخصوص استحکام کششی نیز روند مشابهی وجود دارد و همانگونه که مشخص است، افزودن بور استحکام تسلیم و استحکام کششی ورق نورد گرم شده را در حد پایینی نگاه داشته و احتمال بروز عیب شکستگی ورق را کاهش میدهد.
. همانطور که در شکل - 3 - مشاهده میشود، ازدیاد طول در این نمونهها کمی بالاتر از نمونههای سالم بدون عنصر آلیاژی است؛ اما کماکان کمتر از 1/5 mm هست. همچنین نتایج نشان میدهند که اختلاف تنش تسلیم بالایی و پایینی کمتر از 20 MPa است. در شکل نمودار تنش کرنش برای یک نمونه سالم بدون عنصر آلیاژی و یک نمونه حاوی بور مقایسه شدهاند. همانطور که در این شکل مشاهده میشود، ازدیاد طول ناحیه تسلیم در نمونه حاوی بور نسبت به نمونه سالم به میزان جزئی بیشتر است.
تمایل عنصر بور به ترکیب با نیتروژن همانند تیتانیوم است. این عنصر در حین ریختهگری با نیتروژن ترکیب شده و موجب دست یابی همزمان به انعطافپذیری، چقرمگی و استحکام میشود. زیرا از رشد بیرویه دانههای آستنیت در حین پیشگرم جلوگیری میکند .[10] بور همچنین از رسوب کاربیدهای
