Wie wir alle wissen, nimmt die Festigkeit von Stahl mit zunehmendem Kohlenstoff- und Mangangehalt zu, und die Zugabe von Ti oder Nb-Mikrolegierungselementen kann bei niedrigem Kohlenstoffäquivalent eine höhere Streckgrenze erzielen. Die hochfesten niedriglegierten Stähle, kurz HSLA, sind Konstruktionsstähle mit einer geringen Menge an Mn, Si und Spuren von Nb, V, Ti, Al und anderen Legierungselementen, die auf Basis von Kohlenstoffstrukturstählen zugesetzt werden. Niedriglegierung bedeutet, dass das gesamte Legierungselement im Stahl nicht mehr als 3% beträgt und eine hohe Festigkeit im Vergleich zu Kohlenstoffstählen besteht. Niedriglegierter hochfester Stahl kann für Konstruktionsstrukturen verwendet werden, bei denen Festigkeit erforderlich ist, das Gewicht reduziert und Material wie Brücken, Schiffe, Fahrzeuge, Hochdruckbehälter, Öl- und Gaspipelines, Stahlkonstruktionen usw. eingespart werden, die nicht kompliziert sind Behandlungsverfahren kann die höhere Festigkeit erhalten, auch wenn die Wärmebehandlung nicht fortgesetzt wird, kann den allgemeinen Kohlenstoffbaustahl meistens ersetzen.
Die Streckgrenze von niedriglegierten hochfesten Stählen liegt nahe an der Zugfestigkeit, und das Streckgrenzenverhältnis ist hoch. Sie erreichen bald die Zugfestigkeit, nachdem sie die Streckgrenze erreicht haben. Es hat eine schlechte Kaltverfestigungsfähigkeit, der Verformungsteil verformt sich weiter und erzeugt dann einen Bruch, so dass die Umformleistung relativ schlecht ist. Daher eignet es sich zur Herstellung von Bauteilen und Stützteilen, die eine höhere Steifigkeit erfordern. Im Allgemeinen umfassen typische Teile, die mit HSLA hergestellt werden, Schienen, Versteifungen, Träger, Fahrwerksaufhängungsteile usw. Wenn jedoch das Streckgrenzeverhältnis zu hoch ist und die Struktur ein sprödes Versagen aufweist und es keine offensichtliche Verformung während des Versagens gibt, was schwierig ist zu verhindern, so ist es nicht für Bauteile mit seismischen Anforderungen geeignet.
Die Eigenschaften von HSLA-Stahl
Hochfeste niedriglegierte Stahllegierungselemente wurden hauptsächlich zur Herstellung von Feststoffverstärkungen, Feinkornverstärkungen und Abscheidungsverstärkungen verwendet, um die Festigkeit des Stahls zu verbessern, während gleichzeitig Feinkornverstärkungen zur Umwandlung der duktil-spröden Stahltemperatur verwendet werden reduziert, um die Carbonitrid-Ausfällungsverstärkung des Stahls auszugleichen. Die Umwandlung der duktil-spröden Stahltemperatur dieser nachteiligen Wirkung besteht aus hochfestem Stahl und kann bei niedriger Temperatur eine gute Leistung aufrechterhalten. Die Hauptmerkmale von hochfesten niedriglegierten Stählen sind:
- Hohe Streckgrenze bei guter Duktilität und Zähigkeit
Das Hauptmerkmal niedriglegierter hochfester Stähle ist ihre hohe Festigkeit. Unter der Bedingung des Warmwalzens oder Normalisierens ist der HSLA-Stahl im Allgemeinen 30% bis 50% höher als der der entsprechenden kohlenstofftechnischen Baustähle, so dass sie großen Belastungen standhalten können. Das Gewicht der großen technischen Struktur selbst wird häufig zu einem wichtigen Teil der Last. Die Erhöhung der Stahlfestigkeit kann das Gewicht des Bauteils erheblich reduzieren und seine Fähigkeit, andere Lasten zu tragen, weiter verbessern, verbessert auch die Kompaktheit von technischen Bauteilen erheblich, reduziert den Rohstoffverbrauch und die Kosten.
Die Dehnung von HSLA-Stählen liegt im Bereich von 15% bis 23%, und die Schlagabsorptionsenergie beträgt bei Raumtemperatur> 34 J, bei guter Plastizität und Schlagfestigkeit kann das Auftreten von Sprödbruch beim Schlag vermieden werden, wodurch das Kaltbiegen und Schweißen erfolgt und andere Verarbeitung ist einfacher. Darüber hinaus weist HSLA eine niedrigere Sprödigkeitsübergangstemperatur auf, was für technische Komponenten in kalten Regionen und für Transportfahrzeuge wie Fahrzeuge, Schiffe, Offshore-Ölplattformen, Schiffe und Brücken von Vorteil ist.
- Gute Schweißleistung und atmosphärische Korrosionsbeständigkeit
Technischer Strukturstahl muss eine gute Schweißbarkeit aufweisen. HSLA-Stahl hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und einen niedrigen Gehalt an Legierungselementen, eine gute Plastizität und ist nicht leicht zu erzeugen. Eine Abschreckstruktur und Risse im Schweißbereich sowie die Zugabe von Ti, Nb, V können hemmen auch das Kornwachstum im Schweißbereich, so dass der größte Teil des Stahls eine gute Schweißleistung aufweist und im Allgemeinen nach dem Schweißen keine Wärmebehandlung erforderlich ist. Die meisten technischen Strukturen werden in atmosphärischen oder marinen Umgebungen verwendet. Das Hinzufügen einer kleinen Menge Cu, Ni, Cr, P und anderer Elemente zu niedriglegiertem hochfestem Stahl kann dessen Fähigkeit, Atmosphären-, Meerwasser- und Bodenkorrosion zu widerstehen, wirksam verbessern. Beispielsweise können 0.2% -0.5% Kupfer, 0.05% -0.1% Phosphor und Aluminium die Korrosionsbeständigkeit von Stahl erheblich verbessern, und der Effekt der gleichzeitigen Zugabe von Kupfer und Phosphor ist am besten.
Wann wird der HSLA-Stahl in Flugzeuganwendungen eingesetzt?
AISI 4340 ist die früheste und typischste Sorte von niedriglegiertem ultrahochfestem Stahl. Die Vereinigten Staaten begannen ab Mitte der 4340er Jahre mit der Entwicklung von 1940-Stahl, indem sie die Anlasstemperatur senkten, um die Zugfestigkeit von Stahl auf 1600 bis 1900 MPa zu erhöhen. 1955 wurde Stahl 4340 im Fahrwerk des Flugzeugs F-104 eingesetzt. Die Zugfestigkeit von AISI 41304140, 4330 oder 4340 Stahl, der durch Abschrecken und Anlassen bei niedriger Temperatur behandelt wurde, kann alle 1500 MPa überschreiten, und die Kerbschlagzähigkeit ist hoch.
Um die Temperversprödigkeit von niedriglegiertem ultrahochfestem Stahl zu verringern, wurde der 300M-Stahl 1952 von der International Nickel Corporation entwickelt. 1 ~ 2% Silizium wurde dem Stahl zugesetzt, um die Anlasstemperatur (260 ~ 315 ° C) zu erhöhen ) und um die Temperversprödigkeit von Martensit zu unterdrücken. 300M Stahl wird seit 1966 häufig im Fahrwerk von Flugzeugen verwendet. Militärische Kampfflugzeuge wie F-15, F-16, DC-10 und MD-11 verwenden 300M Stahl. Darüber hinaus verwenden das Fahrwerk von Boeing 747 und anderen Zivilflugzeugen sowie das Flügelrevers und das Lamellenrohr von Boeing 767-Flugzeugen 300 m Stahl.
Obwohl die niedriglegierten ultrahochfesten Stähle wie 4340- und 300M-Stähle eine hohe Festigkeit aufweisen, sind ihre Bruchzähigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit schlecht, was ihre Anwendung in Flugzeugen einschränkt. D6AC-Stahl, basierend auf AISI 4340, wird häufig in Raketentriebwerksgehäusen und Flugzeugstrukturen verwendet. Mitte der 1970er Jahre ersetzte D6AC nach und nach andere legierte Baustähle und wurde zu Spezialstahl für Vollraketenmotorgehäuse, Fahrwerke und Flügelwellen.