ورق فولادی سخت شده

Description

ورق فولادی سخت شده چیست

ورق فولادی سخت شده به ورق‌هایی اطلاق می‌شود که تحت فرآیند حرارت‌دهی و سخت‌کاری قرار گرفته‌اند تا خواص مکانیکی آنها بهبود یابد. این فرآیند به ورق فولادی استحکام و سختی بسیار بالاتری می‌دهد و آن را برای استفاده در شرایطی که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش و فشار وجود دارد، مناسب می‌سازد.

فرآیند تولید ورق فولادی سخت شده

فرآیند تولید ورق فولادی سخت شده شامل مجموعه‌ای از مراحل پیچیده است که هدف آن افزایش سختی و مقاومت ورق فولادی در برابر سایش، فشار و دما است. این فرآیندها معمولاً شامل حرارت‌دهی، سریع سرد کردن (کویچینگ) و تمپرینگ هستند. در ادامه، مراحل دقیق این فرآیند توضیح داده شده است:

1. انتخاب نوع فولاد

• برای تولید ورق فولادی سخت شده، ابتدا باید نوع فولاد مناسب انتخاب شود. معمولاً فولادهایی با مقدار کربن بالا و آلیاژهای خاص برای این فرآیند استفاده می‌شوند.
• ترکیباتی مانند کروم، مولیبدن و وانادیوم می‌توانند در افزایش مقاومت در برابر سایش و حرارت موثر باشند.

2. نورد گرم (Hot Rolling)

• در ابتدا، فولاد به شکل ورق‌های نازک (شیت) در دمای بالا (بین 900 تا 1200 درجه سانتی‌گراد) نورد می‌شود.
• این مرحله به فولاد شکل می‌دهد و آن را به ورق‌های مورد نیاز تبدیل می‌کند. ورق‌ها به‌طور معمول در این مرحله با ضخامت‌هایی در حدود 1.5 تا 25 میلی‌متر تولید می‌شوند.

3.حرارت‌دهی (Annealing)

• ورق‌های فولادی به دمای بالایی (معمولاً ۸۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد) حرارت داده می‌شوند تا ساختار دانه‌ای فولاد تغییر کند و به آن خاصیت سخت‌شدگی بالا بدهد.
• در این مرحله، فولاد به حالت آستنیت (آلیاژی با ساختار بلوری خاص) تبدیل می‌شود که آماده برای کویچینگ (سرد کردن سریع) است.

4.کویچینگ (Quenching)

• ورق فولادی حرارت داده‌شده به سرعت در یک مایع خنک‌کننده (مثل آب یا روغن) غوطه‌ور می‌شود.
• کویچینگ باعث تبدیل ساختار آستنیت به مارتنزیت می‌شود که ساختار سخت و مقاومی است.
• این فرآیند باعث افزایش سختی فولاد به مقدار زیادی می‌شود، اما همچنین باعث ترد شدن آن می‌شود.

5.تمپرینگ (Tempering)

• پس از کویچینگ، ورق‌های فولادی بسیار سخت و شکننده می‌شوند. برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی و کاهش تردی، این ورق‌ها تحت عملیات تمپرینگ قرار می‌گیرند.
• در این مرحله، فولاد دوباره به دمای پایین‌تری (معمولاً ۲۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود و سپس به آرامی سرد می‌شود.
• تمپرینگ موجب کاهش تردی و افزایش چقرمگی فولاد می‌شود، در حالی که سختی آن هنوز در سطح بالایی باقی می‌ماند.

6.آبکشی و پوشش‌دهی

• در نهایت، ورق فولادی سخت شده ممکن است برای محافظت در برابر خوردگی، عملیات پوشش‌دهی (مانند گالوانیزه) یا رنگ‌آمیزی انجام شود.
• این مرحله بسته به کاربرد نهایی ورق فولادی می‌تواند انجام شود.

7.برش و اندازه‌گیری نهایی

• پس از اتمام عملیات سخت‌کاری، ورق‌های فولادی به اندازه‌های دقیق برش داده می‌شوند.
• این ورق‌ها برای استفاده در صنایع مختلف، مانند خودروسازی، ماشین‌آلات سنگین، یا تولید ابزار، آماده می‌شوند.

نتیجه‌گیری

ورق فولادی سخت شده به دلیل سختی و مقاومت بالا در برابر سایش و فشار، کاربردهای متنوعی در صنایع سنگین، خودروسازی، و ساخت ابزارهای برش و تجهیزات مقاوم به سایش دارد. این فرآیند شامل چندین مرحله حساس است که باعث ایجاد خواصی چون استحکام، چقرمگی و مقاومت بالا در فولاد می‌شود.

ویژگی‌های ورق فولادی سخت شده

ورق فولادی سخت شده ویژگی‌های خاصی دارد که آن را برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش، فشار و دما دارند، مناسب می‌سازد. این ویژگی‌ها به دلیل فرآیندهای سخت‌کاری (کویچینگ و تمپرینگ) هستند که در تولید این نوع ورق‌ها استفاده می‌شوند. در زیر به مهم‌ترین ویژگی‌های ورق فولادی سخت شده اشاره می‌کنیم:

1.  سختی بالا

• مهم‌ترین ویژگی ورق فولادی سخت شده، سختی بالا است. این سختی به دلیل فرآیند کویچینگ (سرد کردن سریع) به وجود می‌آید که باعث تبدیل ساختار فولاد به مارتنزیت می‌شود.
• این ویژگی باعث می‌شود که ورق فولادی در برابر سایش و خراشیدگی مقاوم باشد و طول عمر بالاتری در محیط‌های سخت داشته باشد.

2.  مقاومت در برابر سایش

• ورق فولادی سخت شده برای مقاومت بالا در برابر سایش طراحی شده است. این ویژگی به‌ویژه در شرایطی که فولاد با مواد سخت یا ساینده تماس دارد، بسیار مهم است.
• به‌عنوان مثال، در صنعت معدن یا ماشین‌آلات سنگین، ورق‌های سخت شده برای تولید قطعاتی که در معرض سایش شدید هستند، استفاده می‌شود.

3.  استحکام بالا

• ورق‌های فولادی سخت شده دارای استحکام بالا هستند، که این ویژگی به دلیل ترکیب مواد و فرآیندهای حرارتی است.
• این استحکام باعث می‌شود که این ورق‌ها بتوانند بارهای سنگین و فشارهای بالا را تحمل کنند.

4.  مقاومت در برابر حرارت

• ورق فولادی سخت شده معمولاً در برابر دماهای بالا مقاوم است، زیرا فرآیند حرارت‌دهی در دمای بالا (حرارت‌دهی اولیه و سپس تمپرینگ) باعث افزایش مقاومت در برابر حرارت می‌شود.
• این ویژگی ورق‌های فولادی سخت شده را برای کاربردهایی که در معرض دمای شدید قرار دارند، مناسب می‌سازد.

5.  چقرمگی کم و شکنندگی

• یکی از معایب ورق فولادی سخت شده این است که به دلیل فرآیند کویچینگ، چقرمگی آن کاهش یافته و ممکن است در برابر ضربه‌های ناگهانی یا تغییرات دما ترد باشد.
• این ویژگی به‌ویژه پس از مرحله کویچینگ به وجود می‌آید و برای بهبود آن، نیاز به تمپرینگ است تا از شکنندگی فولاد کاسته شود.

6.مقاومت در برابر فشار و ضربه

• ورق فولادی سخت شده به دلیل ساختار مقاوم خود در برابر فشار و ضربه بسیار مقاوم است.
• این ویژگی باعث می‌شود که برای استفاده در قطعاتی که در معرض فشارهای شدید یا برخوردهای سنگین هستند، مناسب باشد.

7.خواص مکانیکی قابل تنظیم

• از طریق تنظیم فرآیندهای حرارتی مانند دمای تمپرینگ، می‌توان خواص مکانیکی ورق فولادی سخت شده را تنظیم کرد.
• این امر به سازگاری بیشتر ورق فولادی با نیازهای خاص صنایع مختلف کمک می‌کند.

8.سطح صاف و تمیز

• ورق‌های فولادی سخت شده معمولاً دارای سطح صاف و تمیز هستند که این ویژگی می‌تواند در بعضی از کاربردهای خاص مانند تولید قطعات دقیق یا اجزای قابل مشاهده مهم باشد.

9.طول عمر بالا

• به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش، فشار و خوردگی، ورق فولادی سخت شده معمولاً دارای طول عمر بالایی است و نیاز به تعویض یا تعمیرات کمتر دارد

10. مقاومت در برابر خوردگی

• اگرچه ورق فولادی سخت ممکن است نسبت به خوردگی به اندازه فولادهای گالوانیزه یا ضد زنگ مقاوم نباشد، اما همچنان مقاومت خوبی در برابر شرایط محیطی دارد. در صورتی که نیاز به مقاومت بهتر در برابر خوردگی باشد، می‌توان از پوشش‌های اضافی برای محافظت از سطح استفاده کرد.

این ورق به دلیل ویژگی‌هایی چون سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام، و مقاومت در برابر فشار و حرارت در صنایع مختلف کاربرد دارد. با این حال، معایبی مانند کاهش چقرمگی و شکنندگی نیز وجود دارد که نیاز به فرآیندهای تکمیلی مانند تمپرینگ برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی دارد. این ورق‌ها برای کاربردهایی که در معرض سایش، فشار و شرایط سخت قرار دارند، ایده‌آل هستند.

ترکیب شیمیایی 

ترکیب شیمیایی این ورق به میزان زیادی وابسته به نوع فولاد و کاربرد نهایی آن است. معمولاً فولادهایی که برای تولید ورق فولادی سخت شده استفاده می‌شوند، حاوی مقدار بالای کربن هستند تا خاصیت سختی و استحکام بیشتری داشته باشند. علاوه بر کربن، برخی از آلیاژها برای بهبود خواصی مانند مقاومت در برابر سایش، حرارت و خوردگی به ترکیب شیمیایی فولاد افزوده می‌شوند.

1.ترکیب شیمیایی عمومی 

در زیر، ترکیب شیمیایی به طور کلی بر اساس فولادهای کربنی و آلیاژی ذکر شده است:

فولاد کربنی (کربن بالا):

• کربن (C): 0.3% تا 1.2%
  • کربن تأثیر زیادی در سختی فولاد دارد و موجب تبدیل فولاد به ساختار سخت‌تر می‌شود. مقدار بیشتر کربن سختی بالاتر را به همراه دارد، اما می‌تواند باعث کاهش چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه شود.
• سیلیسیم (Si): 0.15% تا 0.30%
  • سیلیسیم باعث افزایش استحکام فولاد و مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی می‌شود.
• منگنز (Mn): 0.30% تا 1.5%
  • منگنز در تقویت سختی فولاد، کاهش تردی و بهبود مقاومت در برابر سایش مؤثر است.
• فسفر (P): حداکثر 0.04%
  • فسفر می‌تواند سختی فولاد را افزایش دهد، اما در مقادیر بالا باعث تردی می‌شود.
• گوگرد (S): حداکثر 0.05%
  • گوگرد معمولاً در فولادهای سخت شده پایین است زیرا می‌تواند موجب شکنندگی و کاهش خواص مکانیکی شود.

فولادهای آلیاژی (سخت شده با افزودنی‌های آلیاژی)

افزودن عناصر آلیاژی به فولاد برای افزایش خواص خاصی مانند مقاومت در برابر سایش، حرارت و خوردگی انجام می‌شود. برخی از این عناصر عبارتند از:

• کروم (Cr): 0.5% تا 5%
  • کروم به فولاد مقاومت در برابر خوردگی و سایش می‌دهد و موجب افزایش سختی می‌شود.
• مولیبدن (Mo): 0.1% تا 1%
  • مولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر حرارت و سایش در دماهای بالا می‌شود.
• وانادیوم (V): 0.1% تا 0.5%
  • وانادیوم موجب بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش و ضربه می‌شود.
• نیکل (Ni): 1% تا 5%
  • نیکل به فولاد مقاومت به خوردگی و کشش را اضافه می‌کند و همچنین موجب بهبود چقرمگی در دماهای پایین می‌شود.
• تیتانیوم (Ti): 0.05% تا 0.1%
  • تیتانیوم برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی و کاهش حساسیت به خوردگی استفاده می‌شود.

2. مثال‌هایی از ترکیب شیمیایی 

فولاد سخت‌شده 1045 (فولاد کربنی متوسط)

• کربن (C): 0.45%
• منگنز (Mn): 0.60–0.90%
• سیلیسیم (Si): 0.10–0.35%
• فسفر (P): 0.04% (حداکثر)
• گوگرد (S): 0.05% (حداکثر)

.فولاد سخت‌شده 4140 (فولاد آلیاژی با کروم-مولیبدن)

• کربن (C): 0.38–0.43%
• منگنز (Mn): 0.75–1.00%
• سیلیسیم (Si): 0.20–0.35%
• کروم (Cr): 0.80–1.10%
• مولیبدن (Mo): 0.15–0.25%
• فسفر (P): 0.04% (حداکثر)
• گوگرد (S): 0.05% (حداکثر)

و فولاد سخت‌شده 4340 (فولاد آلیاژی با نیکل-کروم-مولیبدن)

• کربن (C): 0.38–0.43%
• منگنز (Mn): 0.60–0.80%
• سیلیسیم (Si): 0.15–0.30%
• کروم (Cr): 0.70–0.90%
• مولیبدن (Mo): 0.20–0.30%
• نیکل (Ni): 1.65–2.00%
• فسفر (P): 0.04% (حداکثر)
• گوگرد (S): 0.05% (حداکثر)

3. نقش ترکیب شیمیایی در خواص 

• کربن در فولاد باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش می‌شود، اما مقدار بالای آن می‌تواند باعث کاهش چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه شود.
• آلیاژهای دیگر مانند منگنز، کروم و مولیبدن به فولاد ویژگی‌هایی چون مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، سایش و دماهای بالا می‌دهند.
• نیکل به فولاد کمک می‌کند تا چقرمگی بهتری در دماهای پایین‌تر و مقاومت بیشتری در برابر خوردگی پیدا کند.

ترکیب شیمیایی  متناسب با کاربرد مورد نظر، متغیر است. کربن بالا و افزودن آلیاژهایی مانند کروم، منگنز، مولیبدن و نیکل به فولاد باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر سایش و بهبود خواص مکانیکی می‌شود. انتخاب ترکیب شیمیایی مناسب بر اساس نیاز به خواص خاص در صنعت یا کاربرد نهایی انجام می‌گیرد.

کاربردها

به دلیل ویژگی‌هایی مانند سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام بالا و مقاومت در برابر فشار و حرارت، در صنایع مختلفی که نیاز به مواد مقاوم و با دوام دارند، کاربرد دارد. این ورق‌ها معمولاً پس از فرآیند سخت‌کاری به تولید می‌رسند و برای استفاده در شرایطی که نیاز به استحکام و طول عمر بالا وجود دارد، مناسب هستند.

مهم‌ترین کاربردها

1. صنعت خودروسازی

• قطعات مقاوم به سایش:  در تولید قطعاتی که در معرض سایش قرار دارند، مانند صفحات کلاچ، دیسک‌های ترمز و شاسی‌ها استفاده می‌شوند.
• قطعات موتوری: برای تولید قطعاتی مانند چرخ دنده‌ها، دنده‌های انتقال قدرت و شفت‌ها که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر فشار دارند.

2. صنعت ماشین‌آلات سنگین

• چرخ‌دنده‌ها و دنده‌ها: در تولید قطعات مکانیکی و ماشین‌آلات صنعتی که در معرض فشار و سایش شدید قرار دارند، مانند چرخ دنده‌ها، گیربکس‌ها و شافت‌ها.
• قطعات حفاری:  برای تولید قطعاتی مانند مته‌ها، لوازم حفاری و قالب‌ها که در معادن یا صنایع ساختمانی استفاده می‌شوند.

3.صنعت معدن

• قطعات مقاوم به سایش: در معادن،  برای تولید قطعاتی که در معرض سایش شدید هستند، مانند قطعات تجهیزات سنگ‌شکن، قطعات ماشین‌آلات حمل و نقل و بیل‌ها استفاده می‌شوند.
• آسیاب‌ها و سنگ‌شکن‌ها: استفاده در ساخت آسیاب‌ها، سنگ‌شکن‌ها و لوازم استخراج مواد معدنی که در شرایط سخت کار می‌کنند.

4. صنعت ابزارسازی و تولید ابزار

• ابزارهای برشی:  برای تولید ابزارهایی مانند چاقوها، مته‌ها، تیغه‌های برش و چکش‌ها که نیاز به مقاومت در برابر سایش و فشار دارند.
• قالب‌سازی: در ساخت قالب‌های ریخته‌گری و قالب‌های تزریق پلاستیک که باید در برابر سایش و دما مقاوم باشند.

5. صنعت فولادسازی

• قالب‌ها و تجهیزات ریخته‌گری:  برای ساخت قالب‌های ریخته‌گری و سایر تجهیزات فولادسازی که در دماهای بالا و فشارهای زیاد کار می‌کنند، استفاده می‌شوند.

6.صنعت انرژی و نیروگاه‌ها

• قطعات توربین‌ها:  در تولید قطعات توربین‌ها، ژنراتورها و دستگاه‌های نیروگاهی که در معرض فشار و حرارت بالا هستند، کاربرد دارند.
• تجهیزات برودتی: در ساخت تجهیزات برودتی و لوازم سردسازی که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر دماهای پایین و فشار دارند.

7. صنعت کشاورزی

• ابزارهای کشاورزی: در تولید ابزارهایی مانند چنگک‌ها، تیغه‌های چمن‌زن، ابزارهای شخم‌زنی که باید در برابر سایش و ضربه مقاوم باشند، استفاده می‌شود.

8. صنعت دفاعی و نظامی

• قطعات نظامی: در ساخت قطعاتی مانند زره‌ها، شاسی‌های تانک‌ها، زره‌های نفربرها و سایر تجهیزات نظامی که در برابر ضربه، سایش و فشار بسیار بالا مقاومت دارند، استفاده می‌شود.

9. صنعت لوازم خانگی

• قطعات لوازم خانگی: در تولید قطعات مقاوم به سایش مانند موتورهای لوازم خانگی، قطعات ماشین‌های لباسشویی، یخچال‌ها و مخازن فریزر.

10. صنعت دریایی

• قطعات کشتی‌ها: برای ساخت قطعاتی که در معرض محیط‌های سخت دریایی هستند، مانند ملحقات کشتی‌ها، لوازم شناور و تجهیزات دریایی، که باید در برابر خوردگی و سایش مقاوم باشند.

11. صنعت الکترونیک

• سخت‌کاری قطعات الکترونیکی: در تولید برخی قطعات خاص که در معرض فشار یا سایش قرار دارند، مانند چرخ‌دنده‌های مکانیکی در تجهیزات الکترونیک.

به دلیل ویژگی‌های خاصی که شامل سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، فشار، دما و ضربه می‌شود، در صنایع مختلفی که نیاز به قطعات مقاوم و با دوام دارند، کاربرد فراوانی دارد. این ورق‌ها به طور خاص در صنایعی چون خودروسازی، معدن، ماشین‌آلات سنگین، ابزارسازی، انرژی، دفاعی و کشاورزی استفاده می‌شوند.

ورق فنری بهلر

فیدار مهام پیشرو