ارسال شده توسط نفارساز ۲ دیدگاه برای اثر عناصر آلیاژی بر جوشپذیری فولاد سازه های فولادی اخبار, ایمنی, روش

اثر عناصر آلیاژی بر جوشپذیری فولاد سازه های فولادی

 

 

کربن و عناصر آلیاژی هر دو ممکن است اثرات مضری روی جوش پذیری فولاد داشته باشند مقادیر بالای محتوی کربن سختی پذیری را در اثر تشکیل مارتنزیت حین سرد شدن افزایش می دهد مقادیر بالای عناصر آلیاژی دامنه دمایی بزرگتری، فراتر از آنچه انجماد فلز جوش رخ می دهد، ایجاد می کنند. مقادیر بالای کربن و عناصر آلیاژی هردو سختی پذیری فولاد را افزایش می دهند و به ترکیدگی HAZ کمک می کنند.

اثر عناصر آلیاژی بر جوش پذیری فولاد سازه های فولادی

۱-کربن(c)

کربن جزو رایج ترین عناصر آلیاژی مورد استفاده و تجاری ترین عنصر افزوده شده در ساخت فولاد به منظور افزایش استحکام آن است. برای کاربرد های گوناگون، محتوی کربن به بزرگی تا ۲ درصد ممکن است استفاده شود. هرچند مقادیر بالای کربن بخصوص مقادیر بالاتر از ۳۰/۰ درصد جوش پذیری را با افزایش سختی پذیری فولاد بواسطه تشکیل مارتزیت هنگام سریه سرد شدن HAZ کاهش می دهد. بدلیل آنکه هنگام جوشکاری فولاد و فلز پرکننده مخلوط می شوند ، مقادیر بالای کربن در فولاد ممکم است منجر به مقادیر بالای کربن در جوش تکمیل شده گردد

بنابراین ، جوش به خودی خود ممکن است سخت شود. ممکن است هنگام جوشکاری یک فولاد با مقادیر محتوی کربن نسبتا بالا ، دستورالعمل های جوشکاری با پیش گرم حرارت ورودی بالاتر مورد نیاز باشد. مشخصات فولاد ساختمانی مدرن مقدار محتوی کربن را به حداکثر تقریبا ۳/۰ درصد محدود می کند. برخی مشخصات فولاد بطور قابل توجهی دارای محدوده پائین تر محتوی کربن هستند. مشخصات فولاد قدیمی تر ممکن است حد محتوی کربن مشخص نداشته باشد.

 

۲-منگنز(Mn)

منگنز یکی از عناصر آلیاژی است که نسبت به کربن به میزان کمتری استحکام و سختی پذیری را افزایش می دهد، بیشتر از ۱/۰ درصد منگنز منجر به کاهش جوش پذیری می گردد. محدوده منگنز معمولا ۶۵/۱ درصد یا کمتر است.

منگنز همچنین اثرات مخرب گوگرد را با ترکیب شدن با آن و تشکیل سولفید منگنز( Mns) کاهش می دهد، و بنابراین فولاد ها دارای حداقل ۳/۰ درصد منگنز هستند. به منظور جوش پذیری خوب نسبت منگنز به گوگرد بایستی حداقل ده به یک باشد. مقادیر بالای گوگرد ممکن است منجر به تشکیل آخال های متعدد یزرگ (Mns) گردد. این آخال ها در عملیات نورد بصورت کشیده در می آیند و آخال های تخت خطر پارگی تورقی را به دلیل کرنش های انقباظی بالای جوش در راستای ضخامت افزایش می دهد.

فولاد های با نسبت پایین منگنز به گوگرد ممکن است حاوی گوگرد ترکیب شده با آهن به شکل سولفید آهن(FeS) در طول مرز دانه های جوش باشد، که می تواند باعث ترکیدگی داغ در جوش شود.

منگنز همچنین در اکسیژن زدایی فولاد کمک می کند فولاد با مقادیر پایین منکنز به همراه مقادیر پایین کربن ممکن است به درستی اکسیزن زدایی نشده و جوشکاری آن مشکل باشد.

 

۳-نیکل(NI)

نیکل یکی از عناصر آلیاژی است که برای بهبود چقرمگی و قابلیت نرمی مخصوصا در دمای پایین بکار برده می شود. نیکل همچنین استحکام و سختی پذیری را افزایش می دهد. به غیر از اثر جزئی که روی سختی پذیری دارد، این عنصر اثر مخرب نسبتا کمتری روی جوش پذیری دارد. وقتی بعنوان یکی از اقلام در مشخصات فولاد ساختمانی گزارش شود، بطور کلی حداکثر به مقدار ۲۵/۰ درصد تا ۵۰/۰ درصد محدود می گردد. هرچند، از ۵/۰ درصد تا ۵ درصد نیکل ممکن است به برخی فولاد های کم آلیاژ افزوده شود. نیکل اغلب در ترکیب با کرم افزود می شود.

 

۴-گوگرد(S)

گوگرد قابلیت نرمی ، بخصوص در جهت ضخامت را کاهش و خطر پارگی لایه ای را افزایش می دهد. این عنصر در کاربری سازه ای تا ۰۳۵/۰ درصد در صورت وجود منگنز کافی ،به ندرت ایجاد مشکل می کند. مشخصات رایج فولاد ساختمانی گوگرد را به حداکثر ۰۵/۰ درصد محدود می کند، چرا که در چنین نقطه ای تمایل به بروز تردی و کاهش جوش پذیری ایجاد می نماید. برای کمک به تشکیل سولفید منگنز و در نتیجه جوش پذیری خوب، نسبت منگنز به گوگرد بایستی حداقل ده به یک باشد.

گوگرد همچنین به دلیل آخال های غیر فلزی گوگردی چقرمگی و جوش پذیری را کاهش می دهد. برای کاربری هایی که ظرفیت شکل پذیری سرد یا چقرمگی ضربه اهمیت دارد ، محدود کردن گوگرد به کمتر از ۰۱/۰ درصد مطلوب است. مقادیر بالای گوگرد باعث تشکیل سولفید گوگرد در طول مرز دانه های جوش، و لذا افزایش خطر ترک گرم در جوش می گردد، مگر آنکه توسط منگنز تعدیل شود. جوش هایی که روی فولادهای با مقادیر بالای گوگرد ساخته می شوند، ممکن است حاوی مقادیر زیادی تخلخل باشند. گوگرد همچنین ممکن است در فولاد های کم کربن و فولاد های کم منگنز کیفیت ظاهری سطح فولاد ها را کاهش دهد.

محتوی گوگرد ۱/۰ درصد تا ۳/۰ درصد ممکن است به منظور بهبود قابلیت ماشین کاری عمدا استفاده شود. چنین فولادهایی فولاد گوگردی شده یا فولاد خوش تراش نامیده می شوند.هنگام استفاده از ابزار برش ، آخال های سلوفیدی باعث تشکیل تراشه های کوتاه به جای تراشه های پیوسته و بلند می گردد.

همچنین آخال های سولفیدی برای نوک برنده، بواسطه کاهش چسبندگی و سایش بین ابزار و فولاد ، مانند یک روانساز عمل می کند. فولاد های تولید شده به روش بسمر ممکن است حاوی مقادیر بسیار بالای گوگرد باشد.

۵-وانادیم(V)

وانادیم عنصر آلیاژ دیگری است که برای افزایش استحکام و سختی پذیری استفاده می شود ولی ممکن است جوش پذیری را کاهش دهد. هنگامی که بعنوان عنصری در مشخصات فولاد ساختمانی گزارش می شود بطور کلی بین مقادیر حداکثر مقدار ۰۶/۰ تا ۱۵/۰ درصد محدود می شود.

وانادیوم ممکن است بعنوان یک عامل اکسیژن زدای متوسط استفاده شود، و ممکن است به منظور کاهش رشد اندازه دانه آستینت حین حرارت دادن افزوده شود.

 

۶-مس(CU)

مس جهت بهبود مقاومت به خوردگی فولاد افزوده می شود و در فولادهایی که بعنوان فولاد مقاوم به هوا شناخته می شوند، اساسی است. هنگامی که فولاد مقاوم به هوا به منظور مقاومت به خوردگی اتمسفری مد نظر است، حداقل محتوی مس ۲۰/۰ درصد مورد نیاز می باشد. بطور کلی ، تا ۵/۱ درصد مس، جوش پذیری را کاهش نمی دهد، هرچند در فولادهای عملیات حرارتی شده محتوی مس بیش از۵۰/۰ % ممکن است خواص مکانیکی را تحت تاثیر قراردهد.

اکثر فولاد ها حاوی مقداری مس هستند اعم از اینکه مشخص شده باشد یا نه، ولی مقدار مس برای اکثر فولاد های سازه ای لازم نیست گزارش شود. در فولادهای خاص ساخته شده از فولاد قراضه که بارها و بارها وارد چرخه تولید شده، ممکن است مس به حدی انباشته شده بلشد که جوش پذیری را تحت تاثیر قرار دهد.

 

۷-سیلیسیم(SI)

سیلیسیم اکسیژن زدایی است که طی فرایندی که کشتن گفته می شود ، حین تولید فولاد با هدف بهبود سلامت فولاد، افزوده می شود. عموما حدود ۲۰/۰% سیلیسیم برای اکسیژن زدائی در فولاد نورد شده استفاده می شود. برای برخی فولادهای تمام کشته، سیلیسیم بیشتر ممکن است تا ۱% وجود داشته باشد علاوه بر استفاده از آن بعنوان اکسیژن زدا، سیلیسیم استحکام و سختی را افزایش می دهد، ولی نه به اثربخشی افزودن همان میزان منگنز ، سیلیسیم در آهن حل می شود و منجر به استحکام بخشی فولاد می گردد.

ریختگی های فولادی بطور معمول دارای مقادیر بالاتری سیلیسیم، بین ۳۵/۰% و ۱% ، هستند. استفاده از سیلیسیم در فلزات پرکننده به عنوان یک اکسیژن زدا، همراه با فلز جوشی که عموما حاوی تفریبا ۵/۰% سیلیسیم است، رایج است. اگر محتوی کربن نسبتا بالا باشد، سیلیسیم تمایل به ترکیدگی را افزایش می دهد. برای بهترین جوش پذیری، محتوی سیلیسیم نبایستی  بیش از ۱۰/۰ % باشد ولی محتوی سیلسیم تا ۳۰/۰% به اندازه گوگرد یا فسفر برای جوش پذیری مضر نیست. ثابت شده مقادیر بالاتر سیلیسیم در سیستم جوشکاری کم هیدروژن موفیقیت آمیز است و بایستی بکار رود.

 

۸-مولیبدن(MO)

مولیبدن عنصری آلیاژی است ک تمایل شدید به تشکیل کاربید دارد و در افزایش استحکام و سختی پذیری بسیار موثر است. هرگاه مولیبدن بعنوان جزئی از مشخصات فولاد گزارش می شود، عموما بین مقادیر حداکثر ۰۷/۰% و ۱۰/۰% محدود است.

این عنصر معمولا در فولاد های آلیاژی به مقدار بسیار کمتر از ۱% وجود دارد به طوری که افزودن مقداری کمی مولیبدن بین ۲۵/۰% تا۵۰/۰% کافی است تا سختی پذیری بالایی بوجود آورد.

هنگامی که فولاد در معرض بهره برداری در دمای بالا باشد، برای بهبود استحکام و مقاومت به خزش اغلب ۵/۰% تا ۵/۱% مولیبدن به فولاد کم آلیاژ افزوده می شود.

 

۹-کرم(Cr)

در فولادهای کم آلیاژ کرم به مقدار تا ۹/۰% جهت افزایش مقاومت به اکسیداسیون، سختی پذیری و استحکام در دمای بالا، اضافه می شود. کرم تشکیل کاربید می دهد و فولادهای کم آلیاژ مقادیر بیشتر آن منجر به کاهش جوش پذیری می شود. در فولاد های کم آلیاژ که مقادیر کرم تا ۲% یا ۳% است سختی بیش از حد به وجود آورده و در پی آن ترکیدگی در جوش را امکان پذیر می سازد به این دلیل دستورالعمل ها و فنون جوشکاری خاص توصیه شده است. هنگامی که مقادیر کرم بیش از ۱۲% وجود داشته باشد، بدلیل مقاومت به اکسیداسیون، فولاد بعنوان فولاد زنگ نزن تلقی می گردد.

 

۱۰-فسفر(P)

فسفر یکی از عناصر آلیاژی بین نشین است که استحکام را افزایش می دهد. بدلیل آنکه فسفر تمایل به جدایش در فولاد دارد، این عنصر قابلیت نرمی و چقرمگی شیاری را کاهش می دهد. مناطق غنی از فسفر، کربن را به فلز احاطه کننده پس می زند. این مناطق بطور غیرطبیعی حاوی مقادیر کمی کربن هستند که بعنوان ( شبه ها) ی میکرو ساختار اطلاق می شود. چنین اثرات جدایشی، بخصوص در فولادهای با مقادیر بالای کربن مهم هستند.

برای به حداقل رساندن خطر ترکیدگی در جوش و// معمولا فسفر به ۰۴/۰% محدود می گردد. چون فسفر کشش سطحی فلز جوش مذاب را کاهش می دهد، کنترل حوضچه جوش بسیار مشکل می گردد.

در برخی فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا به منظور بهبود استحکام و مقاومت به خوردگی ممکن است فسفر اضافه شود. فولادهایی که به روش بسمر تولید می شوند ممکن است حاوی مقادیر بالائی فسفر باشند.

 

۱۱-آلومینیوم(Al)

ممکن است مقادیر کمی آلومینیوم به عنوان اکسیژن زدا اضافه شود. این عنصر برای ریز کردن ساختار دانه به منظور بهبود چقرمگی نیز افزوده می شود.

 

۱۲-کلمبیوم(Cb)

ممکن است مقادیر کمی کلمبیوم بعنوان اکسیژن زدا و همچنین برای کاهش سختی پذیری فولاد اضافه شود. کلمبیوم همان نیوبیوم (NB) است.

 

۱۳-تیتانیم(Ti)

ممکن است مقادیر کمی تیتانیم به عنوان اکسیژن زدا و همچنین برای کاهش سختی پذیری فولاد اضافه شود. رسوبات تیتانیوم اثر مضر نیتروژن را کاهش می دهد.

۱۴-عناصر ناخواسته

عناصر آلیاژی که ناخواسته نامیده می شوند مانند قلع، سرب، و روی ممکن است در فولاد قراضه و فلزات ذوب شده برای فولاد سازی وجود داشته باشند. بدلیل نقطه ذوب پائین آنها به واسطه اینکه آخرین انجماد در گلویی جوش هستند، منجر به ترک گرم می شوند. گوگرد،فسفر و مس نیز عناصر دارای دمای ذوب پائین هستند اما بعنوان عناصر ناخواسته تلقی نمی گردند هنگامی که مقدار عناصر ناخواسته قابل توجه باشد، ممکن است برای به حداقل رساندن اثرات رقیق شدن دستورالعمل های جوشکاری و لایه دهی دارای حرارت ورودی پائین مورد نیاز باشد.