Com es pot reduir el contingut de carboni de l’acer Q345 mantenint la seva força?

Com es pot reduir el contingut de carboni de l’acer Q345 mantenint la seva força?
La clau per reduir el contingut de carboni mantenint la força de l’acer Q345 (força de rendiment superior o igual a 345 MPa) és substituir l’efecte d’enfortiment de la solució sòlida del carboni amb “altres mecanismes d’enfortiment”. Mitjançant la sinergia d’elements d’aliatge i l’optimització de processos, es pot aconseguir “reduir el carboni sense reduir la força”. Això es pot aconseguir a través dels quatre enfocaments tècnics següents, tots els quals han de complir els requisits de propietat mecànica del Q345 especificats a GB/T 1591-2018:
1. Enfortiment de l’efecte d’enfortiment de la solució sòlida del manganès (MN) per substituir parcialment la contribució de força del carboni.
El manganès és l’element d’aliatge més bàsic del Q345. El seu efecte d’enfortiment de la solució sòlida és significatiu i el seu impacte negatiu en la soldabilitat és molt inferior al del carboni, convertint -lo en el “element de substitució preferit” per a la reducció de carboni.
Principi: el manganès dissolt en ferrita augmenta significativament la distorsió de la gelosia i millora la resistència al moviment de luxació, augmentant així la força de rendiment (cada un 0,1% augmenta la força de rendiment en aproximadament 5-8 MPa). Solució pràctica: Quan el contingut de carboni disminueix del 0,20% al 0,16% (una reducció del 0,04%), el contingut de MN pot augmentar de l’1,30% a l’1,50% (encara dins del rang estàndard 1,00-1,60%). Aquest reforç de Mn compensa la pèrdua de força causada per la reducció del carboni (la pèrdua de força del 0,04% de carboni és d’aproximadament 20-30 MPa, mentre que un augment del 0,2% de Mn pot compensar 10-16 MPa, que es pot equilibrar amb altres mesures).
Avantatges: Mn és baix - i és fàcilment disponible. A més, un augment moderat de Mn (inferior o igual a 1,60%) no augmenta significativament la tendència d’enduriment de la soldadura (a diferència del carboni) i té un impacte mínim en la soldabilitat.
En segon lloc, afegir elements de microalimentació (V/TI/NB) aconsegueix un doble enfortiment mitjançant "refinament de precipitacions de precipitació + refinament del gra".
Els elements de microalimentació (V, TI i NB) són suplements de reforç clau durant la reducció del carboni. Milloren la força mitjançant dos mecanismes, independentment del contingut de carboni:
Enfortiment de les precipitacions: V, Ti i Nb reaccionen amb carboni i nitrogen a l’acer per formar carbonitrids nanoescala (com VC, TIN i NBC). Aquests precipitats moviment de luxació del PIN, augmentant significativament la força de rendiment (cada un 0,01% V/NB augmenta la força en 5-10 MPa).
Per exemple, l’afegit del 0,05% NB aporta aproximadament 30-50 MPa de força, més que compensar la pèrdua de força (aproximadament 25-35 MPa) associada a la reducció del contingut de carboni del 0,20% al 0,15%.
Refinament del gra: Ti i Nb inhibeixen el creixement del gra austenita (per exemple, les partícules d’estany passen els límits del gra), donant lloc a una estructura de gra més fina després de rodar (reduint la mida del gra de 8 a 10). Segons la relació de la pàgina Hall -, el perfeccionament de la mida del gra millora tant la força com la duresa (a la meitat del diàmetre del gra augmenta la força de rendiment aproximadament un 20%).
Per exemple, el perfeccionament de gra amb Ti (0,02-0,05%) permet que l’acer mantingui la força de rendiment per sobre dels 350 MPa, fins i tot quan el contingut de carboni es redueix al 0,14%.
Punts de control clau: s’han de mantenir els elements de microalimentació dins dels límits superiors especificats (v inferiors o iguals al 0,15%, Ti menys o igual al 0,20%, NB inferior o igual al 0,06%) per evitar quantitats excessives que puguin reduir la duresa o augmentar els costos.