วัสดุและคุณสมบัติของแผ่นรีดร้อนที่มีความแข็งแรงสูง

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแผ่นเหล็กความแข็งแรงสูงรีดร้อน

แผ่นเหล็กรีดร้อนที่มีความแข็งแรงสูงเป็นผลิตภัณฑ์เหล็กแผ่นรีดประเภทเฉพาะที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้มีความต้านทานแรงดึง ความทนทานของโครงสร้าง และสมรรถนะทางกลในการใช้งานที่มีความต้องการสูงในการก่อสร้าง ยานยนต์ การต่อเรือ และการผลิตเครื่องจักรกลหนัก เพลตเหล่านี้ผลิตผ่านกระบวนการรีดร้อนขั้นสูงที่อุณหภูมิสูง ตามด้วยการควบคุมความเย็น และในหลายกรณี การประมวลผลแบบควบคุมด้วยความร้อนเชิงกล (TMCP) หรือการบำบัดความร้อน เพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลที่ต้องการ คุณลักษณะที่กำหนดของแผ่นเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงคือความสามารถในการให้ความสามารถในการรับน้ำหนักที่เหนือกว่าและความต้านทานต่อการเสียรูป ขณะเดียวกันก็ทำให้การออกแบบมีน้ำหนักเบากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเกรดเหล็กกล้าคาร์บอนทั่วไป การผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพของน้ำหนักทำให้เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้สำหรับโครงการวิศวกรรมและโครงสร้างพื้นฐานสมัยใหม่ทั่วโลก

การจำแนกเกรดเหล็กแผ่นความแข็งแรงสูง

แผ่นเหล็กความแข็งแรงสูงรีดร้อนถูกจำแนกอย่างเป็นระบบออกเป็นหลายประเภทตามองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกล และการใช้งานที่ต้องการ การจำแนกประเภทที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดถูกกำหนดโดยมาตรฐานสากล ASTM ซึ่งกำหนดข้อกำหนดที่ครอบคลุมสำหรับแผ่นเหล็กโลหะผสมต่ำ (HSLA) ความแข็งแรงสูง ข้อกำหนด ASTM A572 ครอบคลุมแผ่นเหล็ก HSLA โคลัมเบีย-วาเนเดียมในเกรดความแข็งแรง 5 เกรด: เกรด 42, เกรด 50, เกรด 55, เกรด 60 และเกรด 65 โดยมีหมายเลขเกรดที่กำหนดความแข็งแรงของผลผลิตขั้นต่ำในหน่วย ksi เกรด 50 เป็นเกรดที่ใช้กันมากที่สุด โดยให้กำลังรับผลผลิตขั้นต่ำ 50 ksi (345 MPa) ข้อกำหนด ASTM A656 กล่าวถึงเพลต HSLA รีดร้อนที่มีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีขึ้น ซึ่งมีจำหน่ายในเกรด 50, 60, 70, 80 และ 100 ข้อกำหนด ASTM A588 ครอบคลุมเพลต HSLA ที่มีความต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ โดยให้จุดครากขั้นต่ำที่ 50 ksi (345 MPa) ข้อกำหนดเพิ่มเติม ได้แก่ ASTM A633 สำหรับแผ่นเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำที่มีความแข็งแรงสูงมาตรฐาน และ ASTM A1066 สำหรับแผ่นที่ผลิตโดยกระบวนการควบคุมด้วยความร้อนเชิงกล (TMCP)

องค์ประกอบทางเคมีและการออกแบบโลหะวิทยา

คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าของแผ่นเหล็กความแข็งแรงสูงรีดร้อนนั้นเกิดขึ้นได้จากองค์ประกอบทางเคมีที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวังและกลยุทธ์ไมโครอัลลอยด์ เหล็กเหล่านี้เป็นวัสดุโลหะผสมต่ำ (HSLA) ที่มีความแข็งแรงสูงโดยพื้นฐาน ซึ่งมีความแข็งแรงสูงกว่าโดยมีปริมาณโลหะผสมน้อยกว่ามาก เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีสแบบดั้งเดิมหรือเกรดโลหะผสม AISI/SAE ปริมาณคาร์บอนที่ลดลงและโลหะผสมที่ลดลงทำให้มีความเหนียว ความเหนียว และความสามารถในการเชื่อมเพิ่มขึ้น องค์ประกอบทางเคมีโดยทั่วไปสำหรับเพลต HSLA ประกอบด้วยระดับคาร์บอนต่ำกว่า 0.23% แมงกานีสสูงถึง 1.35% ฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์ถูกจำกัดไว้ที่ระดับต่ำ (โดยทั่วไปคือสูงสุด 0.04% และ 0.05% ตามลำดับ) และซิลิคอนสูงถึง 0.40% สำหรับเกรดขั้นสูง เช่น ASTM A656 เกรด 100 คาร์บอนจะคงอยู่ต่ำกว่า 0.10% โดยจำกัดฟอสฟอรัสไว้ที่ 0.025% และกำมะถันอยู่ที่ 0.006% ส่งผลให้วัสดุสะอาดและเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น กลไกการเสริมความแข็งแกร่งที่สำคัญเกี่ยวข้องกับธาตุไมโครอัลลอยด์ เช่น ไนโอเบียม วานาเดียม และไทเทเนียม ที่เติมเพียงชนิดเดียวหรือผสมกัน องค์ประกอบเหล่านี้ก่อให้เกิดการตกตะกอนละเอียดที่ช่วยปรับแต่งโครงสร้างของเกรนและเสริมการตกตะกอนในระหว่างการรีดและการทำความเย็นแบบควบคุม การรวมกันของคาร์บอนต่ำ สิ่งเจือปนที่ถูกจำกัด และการเติมไมโครอัลลอยด์ทำให้เพลต HSLA มีความแข็งแรงสูง ในขณะที่ยังคงความสามารถในการเชื่อมและความเหนียวได้ดีเยี่ยม

คุณสมบัติทางกลและลักษณะการทำงาน

สมบัติทางกลของแผ่นรีดร้อนที่มีความแข็งแรงสูงจะแตกต่างกันไปตามเกรดต่างๆ โดยมีความแข็งแรงของผลผลิตและความต้านทานแรงดึงเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลัก สำหรับ ASTM A572 เกรด 50 ความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำคือ 65 ksi (450 MPa) โดยมีความแข็งแรงของผลผลิตขั้นต่ำ 50 ksi (345 MPa) และการยืดตัว 16% ใน 8 นิ้ว ASTM A572 เกรด 60 ให้ความแข็งแรงของผลผลิตขั้นต่ำที่ 60 ksi (415 MPa) และความต้านทานแรงดึงที่ 75 ksi (520 MPa) ซึ่งให้ความแข็งแรงของผลผลิตที่สูงกว่าเกรด 50 ถึง 20% เพลต ASTM A656 มีระดับความแข็งแรงแบบก้าวหน้า: เกรด 50 ให้ผลผลิต 50 ksi (345 MPa) และแรงดึง 60 ksi (415 MPa); เกรด 60 ให้ผลผลิต 60 ksi (415 MPa) และแรงดึง 60 ksi (485 MPa) เกรด 70 ให้ผลผลิต 70 ksi (485 MPa) และแรงดึง 80 ksi (550 MPa) และเกรด 80 ให้ผลผลิต 80 ksi (550 MPa) และแรงดึง 90 ksi (620 MPa) ความแข็งแกร่งสูงสุดในซีรีส์ A656 เกรด 100 ให้ความแข็งแรงของผลผลิตขั้นต่ำ 100 ksi (690 MPa) ค่าความแข็งสำหรับเกรดเหล่านี้โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 135 Brinell สำหรับ A572 เกรด 50 ไปจนถึงค่าที่สูงกว่าสำหรับเกรดที่แข็งแกร่งกว่า การยืดตัว ซึ่งบ่งบอกถึงความเหนียว โดยทั่วไปจะลดลงเมื่อความแข็งแรงเพิ่มขึ้น โดยเกรด 50 แสดงการยืดตัว 19-21% ใน 2 นิ้ว และเกรด 80 แสดง 12% ใน 2 นิ้ว

เงื่อนไขการจัดส่งและวิธีการดำเนินการ

แผ่นรีดร้อนที่มีความแข็งแรงสูงมีจำหน่ายในเงื่อนไขการจัดส่งต่างๆ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดและข้อกำหนดเกรด โดยปกติแล้วเพลต ASTM A656 จะอยู่ในสภาพเหมือนรีด โดยไม่ต้องผ่านการบำบัดความร้อนในภายหลัง อย่างไรก็ตาม สำหรับแผ่นที่ผลิตจากขดลวด อาจมีข้อกำหนดในการทดสอบเพิ่มเติม โดยทั่วไปเพลต ASTM A572 จะอยู่ในสภาพเหมือนรีด โดยมีความหนาและความกว้างของเพลทส่งผลต่อคุณสมบัติทางกล สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเหนียวที่เพิ่มขึ้นหรือโครงสร้างจุลภาคเฉพาะ จะมีการระบุสภาวะการประมวลผลที่ควบคุมแบบนอร์มอลไลซ์หรือแบบเทอร์โมแมคคานิค (TMCP) ASTM A633 ครอบคลุมถึงแผ่นเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำที่มีความแข็งแรงสูงตามมาตรฐาน ในขณะที่ ASTM A1066 ครอบคลุมถึงแผ่นที่ผลิตโดย TMCP สำหรับความต้องการด้านความแข็งแรงสูงสุด แผ่นเหล็กโลหะผสมชุบแข็งและอบคืนตัว (Q&T) เช่น ASTM A514 ให้อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยม

มิติความพร้อมใช้งานและช่วงความหนา

แผ่นรีดร้อนที่มีความแข็งแรงสูงมีให้เลือกหลายขนาดเพื่อรองรับความต้องการทางวิศวกรรมที่หลากหลาย ความหนาสูงสุดแตกต่างกันไปตามเกรด: ASTM A656 เกรด 50 มีจำหน่ายสูงสุด 2 นิ้ว (50 มม.), เกรด 60 สูงสุด 1.5 นิ้ว (40 มม.) และเกรด 70 และ 80 สูงสุด 1 นิ้ว (25 มม.) เพลต A572 มีจำหน่ายในความหนาตั้งแต่ 0.1875 นิ้ว ถึง 6 นิ้ว (150 มม.) และความกว้างตั้งแต่ 60 ถึง 120 นิ้ว ความกว้างของแผ่นโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 96 ถึง 120 นิ้ว โดยความยาวโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นทีละ 240 หรือ 480 นิ้ว สำหรับการใช้งานเฉพาะทาง สามารถผลิตเพลตที่มีความหนาเกิน 100 มม. โดยมีความแข็งแรงของผลผลิต 900-1100 MPa เทคนิคการประมวลผลขั้นสูงช่วยให้มีความหนาสูงสุด 120 มม. สำหรับการใช้งานเหล็กกล้าพลังน้ำที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ

การใช้งานในอุตสาหกรรมหลักๆ

แผ่นรีดร้อนที่มีความแข็งแรงสูงรองรับการทำงานที่สำคัญในภาคอุตสาหกรรมจำนวนมาก เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่โดดเด่นและความทนทานของโครงสร้าง ใน การก่อสร้างและโครงสร้างพื้นฐาน แผ่นเหล่านี้จำเป็นสำหรับสะพาน (รวมถึง ASTM A709 และเกรดเหล็กที่ผุกร่อน) เสาอาคารสูง ฐานรากของเครื่องจักรกลหนัก และโครงสร้างต้านทานแผ่นดินไหว อุตสาหกรรม ยานยนต์และการขนส่ง ใช้แผ่นความแข็งแรงสูงสำหรับโครงรถบรรทุก เครนบูม รถราง รถโรงเรียน อุปกรณ์ขนย้ายดิน อุปกรณ์การเกษตร และโครงรถ RV การเปลี่ยนไปใช้ยานยนต์น้ำหนักเบาได้เร่งการนำเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงมาใช้ โดยเกรดคัปปลิ้งมีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า 600 MPa พร้อมการดูดซับพลังงานจากการกระแทกสูง ใน การผลิตเครื่องจักรกลหนักและอุปกรณ์ เพลตเหล่านี้ใช้สำหรับบูมเครน อุปกรณ์การทำเหมือง แพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง อุปกรณ์ก่อสร้าง ลิฟต์คนเคลื่อนที่ และโครงยานพาหนะหนัก ภาค พลังงาน ระบุแผ่นความแข็งแรงสูงสำหรับหอกังหันลม โครงสร้างเหล็กพลังน้ำ และภาชนะรับแรงดัน แผ่นความแข็งแรงสูงยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการต่อเรือสำหรับโครงสร้างตัวเรือที่ต้องการทั้งความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน โดย ASTM A588 ให้ความต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศสำหรับการใช้งานโครงสร้างแบบเปิดโล่ง