Что такое сталь HSLA?

Как мы все знаем, прочность стали увеличивается с увеличением содержания углерода и марганца, а добавление микролегирующих элементов Ti или Nb может обеспечить более высокий предел текучести при низком углеродном эквиваленте. Высокопрочные низколегированные стали, сокращенно HSLA, представляют собой конструкционные стали для инженерного дела с добавлением небольшого количества Mn, Si и следов Nb, V, Ti, Al и других легирующих элементов на основе углеродистых конструкционных сталей. Низколегированный означает, что общее количество легирующих элементов в стали составляет не более 3%, а высокая прочность по сравнению с углеродистыми конструкционными сталями. Низколегированная высокопрочная сталь может использоваться для инженерных сооружений, где требуется прочность, снижение веса и экономия материалов, таких как мосты, корабли, транспортные средства, сосуды высокого давления, нефте- и газопроводы, стальные конструкции и т. Д., Которые не нуждаются в сложных Процесс обработки может обеспечить более высокую прочность, даже не подвергаясь термообработке, в большинстве случаев может заменить обычную углеродистую конструкционную сталь.

Предел текучести низколегированных высокопрочных сталей близок к пределу текучести, а коэффициент предела текучести высокий, они вскоре достигнут предела прочности после достижения предела текучести; У него плохая способность к деформационному упрочнению, деформируемая часть будет продолжать деформироваться, утоняться, а затем давать трещины, поэтому характеристики формования относительно низкие. Следовательно, он подходит для изготовления деталей конструкции и опорных деталей, требующих большей жесткости. Вообще говоря, типичные детали, изготовленные из HSLA, включают рельсы, ребра жесткости, балки, детали подвески шасси и т. Д. Однако, если коэффициент текучести слишком высок, а конструкция является хрупкой, и нет явной деформации во время разрушения, что затруднительно для предотвращения, поэтому он не подходит для конструктивных элементов с требованиями к сейсмике.

Особенности стали HSLA

Высокопрочные легирующие элементы из низколегированной стали в основном использовались для повышения прочности твердой емкости, мелкозернистого упрочнения и упрочнения наплавкой для повышения прочности стали, в то же время использования мелкозернистого упрочнения превращения стали в вязко-хрупкую температуру уменьшено, чтобы компенсировать усиление стали при осаждении карбонитридов. Превращение стали в вязко-хрупкую при температуре это неблагоприятный эффект, поскольку изготовлены из высокопрочной стали и могут поддерживать хорошие характеристики при низких температурах. Основными характеристиками высокопрочных низколегированных сталей являются:

• Высокий предел текучести при хорошей пластичности и прочности

Отличительной чертой низколегированных высокопрочных сталей является их высокая прочность. В условиях горячей прокатки или нормализации сталь HSLA обычно на 30% ~ 50% выше, чем у соответствующих углеродистых конструкционных сталей, поэтому они могут выдерживать большие нагрузки. Вес самого крупного инженерного сооружения часто становится важной частью нагрузки. Повышение прочности стали может значительно снизить вес компонента и дополнительно улучшить его способность выдерживать другие нагрузки, а также значительно улучшает компактность инженерных компонентов, снижает потребление сырья и стоимость.

Относительное удлинение сталей HSLA составляет от 15% до 23%, а энергия поглощения удара составляет> 34 Дж при комнатной температуре, с хорошей пластичностью и ударопрочностью, позволяет избежать возникновения хрупкого разрушения при ударе, делая холодную гибку, сварку и другая обработка проще. Кроме того, HSLA имеет более низкую температуру перехода к хрупкости, что выгодно для инженерных компонентов, используемых в холодных регионах, и для транспортных средств, таких как автомобили, корабли, морские нефтяные платформы, суда и мосты.

• Хорошие сварочные характеристики и стойкость к атмосферной коррозии

Сталь инженерной конструкции должна иметь хорошую свариваемость. Сталь из HSLA имеет низкое содержание углерода и низкое содержание легирующих элементов, хорошую пластичность, а также непросто создать структуру закалки и трещины в области сварного шва, а добавление Ti, Nb, V может также препятствуют росту зерна в зоне сварного шва, поэтому большая часть стали имеет хорошие сварочные характеристики и, как правило, не требует термической обработки после сварки. Большинство инженерных сооружений используются в атмосферных или морских средах. Добавление небольшого количества Cu, Ni, Cr, P и других элементов в низколегированную высокопрочную сталь может эффективно улучшить ее способность противостоять атмосферной, морской воде и коррозии почвы. Например, 0.2% -0.5% меди, 0.05% -0.1% фосфора и алюминия могут значительно улучшить коррозионную стойкость стали, а эффект одновременного добавления меди и фосфора является лучшим.

Когда сталь HSLA используется в авиастроении?

AISI 4340 - это самый ранний и типичный сорт низколегированной сверхвысокопрочной стали. Соединенные Штаты начали разрабатывать сталь 4340 с середины 1940-х годов, снижая температуру отпуска, чтобы повысить предел прочности стали на разрыв до 1600 ~ 1900 МПа. В 1955 году сталь 4340 стала использоваться в шасси самолетов F-104. Прочность на разрыв AISI 4130Сталь 4140, 4330 или 4340, обработанная закалкой и отпуском при низкой температуре, может превышать 1500 МПа, а ударная вязкость с надрезом высокая.

Чтобы ограничить отпускную хрупкость низколегированной сверхвысокопрочной стали, сталь 300M была разработана International Nickel Corporation в 1952 году. В сталь было добавлено 1-2% кремния для повышения температуры отпуска (260 ~ 315 ℃. ) и для подавления отпускной хрупкости мартенсита. Сталь 300М широко используется в шасси самолетов с 1966 года. Во всех истребителях, таких как F-15, F-16, DC-10 и MD-11, используется сталь 300М. Кроме того, в шасси Boeing 747 и других гражданских самолетов, а также в лацкане крыла и предкрылке самолета Boeing 767 также используется сталь 300M.

Хотя низколегированные сверхвысокопрочные стали, такие как стали 4340 и 300М, обладают высокой прочностью, их вязкость разрушения и устойчивость к коррозии под напряжением являются низкими, что ограничивает их применение в самолетах. Сталь D6AC на основе AISI 4340 широко используется в корпусах ракетных двигателей и конструкциях самолетов. К середине 1970-х годов D6AC постепенно вытеснил другие легированные конструкционные стали и стал специальной сталью для корпусов твердотопливных ракетных двигателей, шасси и валов крыльев.