دانش رسان |
مرکز علم و دانش کشور مقاله بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی فولاد میکروآلیاژی گرید API X65
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
مقاله بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی فولاد میکروآلیاژی گرید API X65 دارای ۲۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی فولاد میکروآلیاژی گرید API X65 کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی فولاد میکروآلیاژی گرید API X65،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی فولاد میکروآلیاژی گرید API X65 :
مقدمه
فولادهای میکروآلیاژی یا به عبـارت دیگـر فولادهـای
استحکام بالای کم آلیاژی (HSLA) در طـی نـیم قـرن گذشــته گســترش یافتــهانــد و بــه طــور گســترده در
کاربردهایی نظیر کشتی سازی و ساخت لوله های قطور
خطوط انتقال نفت و گاز به کار میروند. ایـن فولادهـا اصولاً همان فولادهای کربن- منگنـزی هسـتند کـه بـا
افزودن مقادیر کم عناصر میکروآلیاژی، اسـتحکام آنهـا
افزوده شده اسـت .[۱,۲] مشخصـات آن دسـته از ایـن فولادها که در ساخت لوله های انتقال گاز و نفت مـورد
استفاده قرار مـیگیرنـد توسـط مؤسسـه نفـت آمریکـا
(American Petroleum Institute (API))، اسـتاندارد شده است .[۳] مقاومت تسلیم بالا، ازدیاد طـول نسـبی بالا، قابلیت جوش پذیری بالا و چقرمگی بالا و دمـای انتقال شکست نرم به شکست ترد پایین از ویژگیهـای اصلی این فولادها است .[۳,۴] ریزساختار این فولادهـا ممکن است فریت-پرلیتی یـا فریـت سـوزنی-بـاینیتی باشد که ساختار اخیر به دلیل ترکیب بهتـر اسـتحکام و چقرمگی ارجحیت دارد .[۵-۷] در این فولادها دستیابی به ریزساختار و خواص مکـانیکی مطلـوب بـا ترکیـب مناسب عناصر میکروآلیـاژی و عملیـات ترمومکـانیکی میسر است .[۸-۱۰] موفقیت فرآینـد و ترکیـب صـحیح عناصر در نظر گرفته شده را می توان با آنـالیز شـیمیایی
(قابلیت جوش پذیری)، انجام آزمون کشش (اسـتحکام و ازدیاد طول نسبی) و انجام آزمـون ضـربه شـارپی و
آزمون وزنه سقوطی مطابق استاندارد API 5L ارزیـابی کرد .[۳,۴]
در این فولادها به منظور بهبود قابلیت جوشکاری،
درصد کربن، معمولاً پایین نگه داشته می شود (کمتـر از
۰/۱ درصـد وزنـی) و اثـر کـاهش اسـتحکام ناشـی از
کاهش کربن با افزودن منگنز (معمولاً بـین ۱/۴ تـا ۱/۹
درصد وزنـی) و مقـادیر جزیـی عناصـر میکروآلیـاژی نظیــر Nb، Ti، V و Al جبــران مــیشــود. عناصــر میکروآلیاژی با ریز دانه کردن فولاد منجـر بـه افـزایش
همزمــان اســتحکام و چقرمگــی مــیشــوند .[۱,۲,۱۱]
عملیات ترمومکانیکی، شامل نورد کنترل شـده و سـرد کردن سریع میباشد. نورد کنتـرل شـده در دو مرحلـه
نورد خشن و نورد پرداخت انجام میشود. نورد خشـن
(اولیه)، در دمایی بالاتر از دمای عدم تبلور مجدد انجام میگیرد که هدف از این مرحله دستیابی به ریزسـاختار
ریزدانهای از آستنیت تبلـور مجـدد یافتـه اسـت. نـورد
پرداخت (نورد نهایی) در دمایی زیر دمای عـدم تبلـور مجدد (TNR) و بـالای Ar3 (دمـای شـروع تبـدیل فـاز
آستنیت به فریت) انجام میگیرد تا ریزساختار آسـتنیت
کشــیده شــده (Pancaked) بــهدســت آیــد. در ایــن ریزساختار با افزایش نسبت مرز به حجم دانه و تشکیل
باندهای تغییر شـکل، مکـانهـای جوانـه زنـی فریـت
افزایش یافتـه و امکـان ریـز دانـه شـدن فـولاد فـراهم می شود. با سرد کردن سریع از بالای خط Ar3 تا دمـای
کلاف پیچی بر مقدار ریزدانـه شـدن افـزوده مـی شـود
.[۱,۱۱,۱۲]
عناصر میکروآلیاژی Nb)، Al، V و (Ti، با تشکیل کاربیــدها، نیتریــدها و کربونیتریــدها از رشــد بیشــتر
دانههای آستینیت پایدار در طی گـرم کـردن مجـدد تـا
شروع نورد جلوگیری میکنند. مخصوصاً TiN تا دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد باقی میمانـد و از رشـد
دانههای آستنیت تبلور مجدد یافته در طـی نـورد اولیـه
جلوگیری میکند. همچنین ایـن عناصـر بـا بـالا بـردن دمای TNR، محدوده تشـکیل آسـتنیت کشـیده شـده را افـزایش داده امکـان ریزدانـه شـدن فـولاد را افـزایش می دهند. با بالا رفـتن دمـای TNR، امکـان انجـام نـورد نهایی در دماهـای بـالاتر و نیروهـای پـایینتـر فـراهم میآید. Nb بیشترین تأثیر را در بـالا بـردن دمـای TNR
دارد و عناصر Ti، Al و V به ترتیب در رتبههای دوم تا چهارم قرار دارند. هـمچنـین عناصـر میکروآلیـاژی بـا تشکیل رسوبات ریز در طی عبورهای نهایی نـورد (در
دمای پایین) و در هنگام سرد کردن، منجر بـه افـزایش استحکام فولاد می شوند. این مسأله مخصوصاً در مـورد
۴۸
(+)
سیدحجت هاشمی- مسعود رخش خورشید سال بیست و سوم، شماره دو، ۱۳۹۱
وانادیوم صادق اسـت، زیـرا در دمـای بـالاتر از ۱۰۰۰
درجه سانتی گراد کاملاً به صورت محلول جامد است و
در هنگام سرد کردن، مجدد رسوب میکند .[۱]
در تحقیق انجـام شـده توسـط بکـالاقلـو [۷] اثـر
پارامترهای فرآینـد، نظیـر دمـای نـورد نهـایی، کـاهش ضخامت، زمان بین مراحل نورد، زمان و سـرعت سـرد
شدن، بر ریزسـاختار و خـواص مکـانیکی (اسـتحکام،
ازدیاد طول نسـبی و چقرمگـی ضـربه) فـولاد HSLA
گرید X52 مورد مطالعه قرار گرفته و به منظـور بهبـود
خواص استحکام و چقرمگی ایـن فـولاد نـورد کنتـرل
شده در ناحیه دو فازی پیشنهاد شده اسـت. ژاو
و همکاران [۱۳] اثر پارامترهای نـورد کنتـرل شـده بـر خواص مکانیکی و ریزسـاختار یـک فـولاد خـط لولـه تجاری با ترکیب شیمیایی ثابت را مـورد بررسـی قـرار داده و معادلات رگرسیونی زیر را برای تعیـین خـواص مکـانیکی (اسـتحکام و ازدیـاد طـول نسـبی) پیشـنهاد کردهاند:
۰۲۳۱Tf = 0508Ts (استحکام تسلیم) YS
(۱) ۰.۳۳۴Tc + 1.905Vc + 323.6
= ۰۰۰۲Ts 0064Tf (ازدیاد طول نسبی) EL
۰۰۸۶Tc + 0.325Vc + 121.8 (2)
که در روابط فوق Ts، Tf، Tc و Vc به ترتیب دمای
شروع نورد، دمای پایان نورد، دمای سرد کـردن نهـایی
(دمای کلاف پیچـی) برحسـب درجـه سـانتی گـراد و
سرعت سرد کردن (درجه سانتی گراد بر ثانیه) از دمای
نورد نهایی به دمای کلاف پیچی میباشـند. در مطالعـه انجام شده توسط زیاو و همکـاران [۱۴]، رفتـار تغییـر
شکل گرم و همچنین تأثیر آن بر انتقال فاز فـولاد خـط لوله فریت سوزنی با ترکیب شیمیایی ثابـت مطـابق بـا
گرید تجاری API X60 مورد بررسی قرار گرفتـه و بـر
مبنــای ایــن مطالعــات پارامترهــای بهینــه عملیــات ترمومکانیکال (TMCP) طراحی شده است. عـلاوه بـر
این، آزمون نورد بـر روی دسـتگاه نـورد آزمایشـگاهی
انجــام و نشــان داده شــده اســت بــا کنتــرل مناســب پارامترهای فرآیند تولید TMCP، میتـوان بـه مقاومـت
بالا و چقرمگی عالی دست یافت.
بــه منظــور دســتیابی بــه ریزســاختار و خــواص مکــانیکی مطلــوب (اســتحکام، چقرمگــی و قابلیــت
جوشکاری) در تولید فولادها به دانش وسیعی در مورد
پارامترهای فرآیند نیاز اسـت. قطعـاً طراحـی فرآینـد و طراحی آلیاژ برای تهیه فولاد پیچیـده بـوده و بـه درک
عمیقی از مفـاهیم متـالورژیکی در هـر یـک از مراحـل
تولید وابسـته اسـت. اخیـراً از سیسـتمهـای یـادگیری
هوشمند نظیر شبکههای عصبی برای پیش بینی خـواص مکانیکی فولادهای گوناگون بـه منظـور تهیـه آلیـاژ یـا
طراحی مسیر فرآیند اسـتفاده شـده اسـت .[۱۵-۱۸] در
تحقیق انجام شده توسط کال و همکاران [۱۹]، با انجام آزمونهـای نـورد بـر روی فـولادی بـا گریـد تجـاری
API X65 با پنج ترکیب شـیمیایی مختلـف از شـبکه
عصبی رگرسیون تعمیم یافتـه بـرای پـیشبینـی انـرژی ضربه به عنوان تابعی از پارامترهای متالورژیکی و نورد
استفاده شده است.
در تحقیق حاضر از یک شـبکه عصـبی پیشـرو بـا الگوریتم پس انتشار خطا برای پـیش بینـی اثـر ترکیـب شیمیایی بر خواص مکانیکی (مقاومت تسلیم، مقاومـت
کششی و ازدیاد طول نسبی نسبی) فولاد میکروآلیـاژی
گرید API X65 استفاده شده است. این فولاد بـه طـور
گسترده در خطوط انتقال گاز ایران به شکل لولـه هـای فولادی با ضخامت بالا، مورد استفاده قرار می گیـرد. بـا
توجه به عملکرد دقیق شبکه عصبی آموزش داده شـده
از آن برای بررسی کمی اثر نیکل، عناصر میکروآلیـاژی
(نیوبیـوم، تیتـانیوم، وانـادیوم و آلومینیـوم) و مـس بـر مقاومت تسلیم، مقاومت کششی و ازدیـاد طـول نسـبی
استفاده شده است.
۴۹
نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک بررسی اثر ترکیب شیمیایی بر خواص مکانیکی فولاد;
مواد و روش تحقیق
به منظور دستیابی به اهداف تحقیق حاضر، نمونههـایی
از ۱۰۰ لوله ساخته شده در مقیاس صـنعتی (بـا جـنس فولاد میکروآلیاژی گریـد API X65 بـا قطـر خـارجی ۱۲۱۹ mm، ضــخامت دیــواره ۱۴/۳ mm بــا ذوب و
فرآیند ساخت یکسان) جدا و آنالیز ترکیب شیمیایی به روش کوانتومتری انجام شد. مطابق اسـتاندارد API 5L
آنالیز شیمیایی، باید حداقل شامل عناصر: کربن، منگنز،
فسفر، گوگرد، کـرم، نیوبیـوم، مـس، مولیبیـدن، نیکـل، سیلیسیوم، تیتانیوم، وانادیم، بور (در صورتی که ترکیب
شـیمیایی نمونـه مقـدار آن را کمتـر از % ۰/۰۰۱ نشـان دهد، ذکر مقـدار آن در ترکیـب شـیمیایی محصـولات ضروری نمی باشد) و تمامی عناصر آلیاژی که در طـول ساخت فولاد برای اهدافی غیر از اکسیژن زدایی اضـافه می شوند، باشد .[۳] خلاصه آماری نتـایج انجـام آنـالیز شــیمیایی مطــابق الزامــات تعیــین شــده از ســوی استاندارد API 5L بر روی این ۱۰۰ نمونه شامل مقادیر حـداقل، حـداکثر و میـانگین بـه همـراه الزامـات ایـن استاندارد در جدول (۱) نشان داده شده است. بررسـی نتایج ترکیب شیمیایی (جـدول (۱ نشـان مـیدهـد کـه نتایج با حدود بالای تعیین شده توسط اسـتاندارد API
برای گرید X65 ( C < 0 .26 , Mn < 1 .45 , P < 0 .030 (, S < 0.030 , Ti < 0.06 , Nb+Ti+V < 0.15 مطابقت
دارد.
همچنین مقدار کربن معادل با توجه به رابطه ارایـه شده در استاندارد API 5L و درصد عناصر موجـود در فولاد مورد مطالعه حداکثر برابر ۰/۱۸ بوده و از مقـدار حداکثر (۰/۲۵) تعیین شده در استاندارد کوچکتر است.
در مرحله بعد نمونههای آزمون کشش از این ۱۰۰ لوله مطابق الزامات تعیین شـده توسـط اسـتاندارد API 5L
جدا شد. موقعیـت و جهـت تهیـه نمونـههـای آزمـون کشش (مربوط به فلز پایـه) و هـمچنـین هندسـه ایـن
نمونهها به ترتیب در شکل های -۱) الـف و ب) نشـان
داده شـده اسـت. همـان طـور کـه مشـاهده مـیشـود
نمونههای مربوط به فلز پایه در جهـت محیطـی بریـده می شوند. به منظور تهیه نمونه هـای محیطـی در شـکل
-۱) الف) از حرف B استفاده شـده اسـت. هـمچنـین موقعیت تهیه آنها با فاصله نصف گام مارپیچ درزجوش (۱/۲ a) در شکل، مشخص شده اسـت. در ایـن شـکل حرف C نشان دهنده جهت تهیـه نمونـه هـای عرضـی
(عمود بر مقطع جوش مارپیچ) و خارج از بحث مقالـه حاضر است. ضخامت نمونه های تخت برابر ضـخامت کامل لوله (t=14. 3 mm) در نظر گرفته شد تا خـواص مواد به دقت تعیین شود. نمونههای آزمـون کشـش (بـا ابعاد بزرگتر) ابتدا بـه وسـیله شـعله اکسـی اسـتیلن از لوله ها در جهت محیطی، جدا شدند. لازم به ذکر اسـت
که حداکثر دما در این فرآیند ۱۹۰۰ درجه سانتی گـراد و عرض ناحیه متاثر از حـرارت حـدود ۲۰ میلـی متـر است. به منظور عدم تأثیر پذیری سنجه در نمونـه هـای آزمون کشش از حرارت ایجاد شده، ابعاد نمونـه هـا تـا حدود ۵۰ میلـی متـر در هـر طـرف مطـابق اسـتاندارد بزرگتر انتخاب میگردد .[۳,۲۰] سپس نمونههـا مطـابق استاندارد قبل از ماشینکاری به ابعاد نهایی توسط پرس هیدرولیکی تخـت شـدند (بـه منظـور حـذف انحنـای اولیه). این فرآیند مقداری جزیی پیش کرنش در نمونـه ایجاد می کند که در استاندارد مورد اغماض قرار گرفتـه است .[۳] در نهایت ماشینکـاری نمونـه هـا، تـا ابعـاد نهایی انجام شد.
اشتراک‌گذاری:
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
