بخشی از مقاله
چکیده
در راستای دستیابی به تکنولوژیهای نوین برای افزایش راندمان و بازده مصرف انرژی در خودرو، شرکت فولاد مبارکه با همکاری مرکز تحقیقات مواد شرکت ساپکو و شرکتهای خودروسازی سایپا و ایران خودرو به منظور کاهش وزن خودرو، کاهش مصرف سوخت، جلوگیری از آلودگی محیط زیست و همچنین بومیسازی فولادهای مورد استفاده در صنایع خودروسازی، اقدام به تدوین دانش فنی و تولید ورقهای فولادی میکروآلیاژی استحکام بالا نموده است.
در این پروژه، شرکت فولاد مبارکه با استفاده از آخرین و پیشرفتهترین فنآوریها در فرایندهای تولید و طراحی جهت تولید ورقهای فولادی میکروآلیاژی با ضخامت کم و استحکام بالا و شکلپذیری مناسب آغاز نموده است. براساس استاندارد سیتروئن پژو، تولید آزمایشی ورقهای میکروآلیاژی B53-3316-Grade HE 390D در دسته ورقهای از نوع فولادهای HSLA انجام گردید.
ورقهای مذکور در تولید قطعات تقویتی در خودروهای پژو 206، سمند، پارس و پژو 405 استفاده می شود و میزان مصرف این نوع فولادها در خودروهای جدید در حدود 2 تا 3 برابر خودروهای مذکور میباشد. در این تحقیق نحوه طراحی فرایند تولید و نتایج آنالیز شیمیایی و خواص مکانیکی کلافهای فولادی و امکان تولید این فولادها در شرکت فولاد مبارکه مورد بررسی و بحث قرار گرفته است.
مقدمه
در ارتباط با کاهش وزن خودرو و کاهش مصرف سوخت پروژه جهانی با عنوان فولاد با وزن کم جهت سازه خودرو - ULSAB - 1 تعریف شده است که در این پروژه شرکتهای خودروسازی و فولادسازی جهان تلاش وسیعی را جهت تولید ورقهای فولادی میکروآلیاژی با ضخامت کم و استحکام بالا و شکلپذیری مناسب آغاز نمودهاند. در این پروژه، 94 جزء اصلی از اتومبیل به همراه فطعات تقویت کننده مربوط به بدنه اتومبیل مورد بررسی و تغییر قرار گرفته است.
در همین رابطه 35 شرکت فولادساز از 18 کشور دنیا این پروژه را حمایت کرده و به عضویت کنسرسیوم مربوط به آن در آمدهاند. هدف از تشکیل این کنسرسیوم، کاهش وزن خودرو بدون تحمیل هزینههای اضافی به آن، در عین دستیابی به عملکرد و ایمنی بالاتر بوده است. معروف ترین تولیدکنندگان ورق دنیا از بسیاری از کشورهای دنیا برای طراحی و اعتباربخشی به پروژه ULSAB به فعالیت مشترک میپردازند.
اهداف این فعالیتها در جهت کاهش وزن خودرو تا 36 درصد، کاهش هزینهها، استفاده از فنآوریهای نوین، عملکرد رضایتبخش حین تصادفات، کاهش مصرف سوخت تا 3 لیتر در 100 کیلومتر و جلوگیری از آلودگی محیطزیست میباشد. در طرح مزبور، جایگزینی فولادهای ساده کربنی با فولادهای میکروآلیاژی یکی از اولویتهای اساسی به شمار میآید.
فولادهای جدیدی که به کار گرفته می شوند باید هم هزینه و هم مصرف کمتری از نظر وزنی داشته باشند و علاوه بر آن باید قابلیت عملکردی آنها نیز حفظ گردد. یکی از مشکلاتی که معمولاً با کاربرد این فولادهای جدید ایجاد میگردد آن است که با کاهش ضخامت و افزایش استحکام این فولادها انعطافپذیری آنها کم میشود و میبایست با تغییراتی در شرایط تولید به انعطافپذیری قابلتوجهی دست یافت. در فولادهای میکروآلیاژی، عناصر
میکروآلیاژی سه عنصر تیتانیوم، نایوبیوم و وانادیم میباشند. این عناصر موجب افزایش استحکام، کاهش اندازه دانه، افزایش انعطافپذیری و بهبود جوشپذیری میشوند. همچنین، ورقهای فولادی استحکام بالا با استفاده از عناصر میکروآلیاژی مورد مصرف در صنعت خودرو دارای فاکتورهای رقابتی میباشد. افزایش سطح استحکام با هدف کاهش ضخامت ورق مصرفی بدون کاهش شکلپذیری و جوشپذیری هدف اصلی تحقیق در این پروژه میباشد.
روش تحقیق و آزمایش
در تحقیقات صورت گرفته مشخص شده که با کنترل درجه حرارت تبدیل آستنیت به فریت، اندازه دانه آستنیت اولیه، سرعت سردکردن و کنترل فرایندهای ترمومکانیکی، مورفولوژیهای مختلف فریت، که میتوانند منجر به تغییر خواص مکانیکی فولاد شوند، حاصل گردند.
فریت مرزدانهای یکی از مورفولوژیهای فریت بوده که به روی مرز دانههای آستنیت جوانه زده و بعد از آن فریت ویدمن اشتاتن بر روی آن جوانه زده و در امتداد صفحات شناخته شده کریستالی رشد مییابد. در صورتی که ساختارهای فریت بین دانهای، از جمله فریت سوزنی شکل کاملاً در درون دانه آستنیت جوانهزنی میکند و ترجیحاً بر روی فازهای بین فلزی از جمله TiN، TiC، و NbC جوانه میزند.
نتایج آزمایشات نشان داده که با کاهش اندازه دانه آستنیت در فولادهای ساده کربنی، درجه حرارت شروع استحاله به علت مراکز جوانهزنی بیشتر، افزایش پیدا کرده و در نهایت منجر به ریزدانگی ساختار فریت نهایی شده که این مسئله باعث افزایش استحکام و چقرمگی آن میشود. اما در فولادهای میکروآلیاژی به نظر میآید عکس این قضیه صادق بوده و هر چه اندازه دانه آستنیت بیشتر باشد درجه حرارت استحاله نیز کاهش یافته و منجر به استحالههای دمای پائین از جمله فریت سوزنی میگردد که در نهایت خواص مکانیکی از جمله استحکام و نیز چقرمگی افزایش بیشتری مییابد.
از طرف دیگر، در هنگام جوشکاری فولادهای میکروآلیاژی که ناحیه متاثراز جوش در معرض دماهای بالا قرار میگیرد، این افزایش دما میتواند منجر به درشت دانگی شده و سپس در هنگام سردکردن از ایجاد فاز مارتنزیت جلوگیری بعمل آورد که باعث ایجاد فازهای دمای پائین از جمله فریت سوزنی گشته که نه تنها بر روی کاهش خواص مکانیکی تأثیری نداشته بلکه باعث افزایش این خواص نیز میگردد.
براین اساس، و به منظور امکان سنجی تولید این نوع ورق فولادهای میکروآلیاژی با استحکام بالا، محصول با استاندارد B53-3316-Grade HE390D با کاربرد قطعات تقویتی خودرو انتخاب گردید. آزمونها بر روی ورق با ابعاد 3 در 1000 میلی متر انجام گرفت.
آنالیز شیمیایی ورق در جدول 1 نشان داده شده است. همچنین دمای مربوط به نورد گرم در جدول 2 مشخص شده است. محل نمونهبرداری از انتهای کلاف قبل از نورد پوستهای و از انتهای کلاف بعد از نورد پوستهای بوده است. همچنین تست کشش در سه جهت طولی، عرضی و مورب، تست ضربه در دماهای 25، 0، - 18 و -40 درجه سانتیگراد و تست خمش با زاویه صفر درجه به همراه آزمون متالوگرافی انجام پذیرفت.
