Az A572 Grade 50 és Grade 60 eltérő kémiai összetétele nem önkényes; precízen megtervezett receptek, amelyek célja a célzott mechanikai tulajdonságprofilok, elsősorban a folyáshatár elérése ellenőrzött mikroötvözés és szilárd oldat megerősítése révén. Az alapvető filozófia a költséghatékony elemekből származó szilárdságnövekedés maximalizálása-, miközben kifinomult kohászatot alkalmazunk a hegeszthetőségre és szívósságra gyakorolt negatív hatások mérséklésére. Az alábbi táblázat részletezi a legfontosabb kompozíciós korlátokat és szerepüket:
1. táblázat: A kémiai összetétel összehasonlítása (maximális százalékok, hacsak nincs tartományként feltüntetve)
| Elem | A572 50. évfolyam | A572 60. évfolyam | Kohászati funkció és vonatkozásai a H-gerendáknak |
|---|---|---|---|
| szén (C) | 0.23% | 0.26% | Az elsődleges erősítő elem szilárd oldat és keményfém képzés révén. A Gr.60 0,03%-os növekedése az egyetlen legfontosabb vegyszer a magasabb 60 ksi hozam eléréséhez. A szén azonban jelentősen csökkenti a hegeszthetőséget és a szívósságot. Mindkét minőség határértékét viszonylag alacsonyan tartják, hogy megőrizzék ezeket a kritikus tulajdonságokat. |
| Mangán (Mn) | 1.35% | 1.35% | Erős szilárd oldaterősítő, amely javítja a keményedést is. A kénnel kombinálva mangán-szulfidot (MnS) képez, megakadályozva a károsabb vas-szulfidot, és így javítva a melegen megmunkálhatóságot a H-gerenda hengerlési folyamata során. |
| Foszfor (P) | 0.04% | 0.04% | Káros szennyeződés, amely erős ridegséget okoz, különösen alacsony hőmérsékleten (hideg rövidülés). A szigorú, alacsony határérték mindkét minőségnél azonos, és kulcsfontosságú az alap szívósságának megőrzéséhez. |
| Kén (S) | 0.05% | 0.05% | Egy másik szennyeződés, amely hengerlés vagy hegesztés során forró repedést okozhat, ha vas-szulfid formájában van jelen. A konzisztens határérték elegendő mangánnal kombinálva biztosítja a jóindulatúbb MnS-zárványok kialakulását. |
| Szilícium (Si) | 0.40% | 0.40% | Elsősorban dezoxidálószerként ("kioltott acél") használják, biztosítva a szilárd, homogén belső szerkezetet a H{0}}nyalábban. A szilárd oldatos erősítéssel is hozzájárul a szilárdsághoz. |
| Kolumbium (Cb/Nb) | 0.005 - 0.05%* | 0.005 - 0.05%* | A meghatározó mikroötvöző elem. Finom karbidokat/nitrideket képez, amelyek (a) gátolják a szemcsenövekedést a meleghengerlés során, ami nagyon finom végső ferrit szemcseméretet eredményez (szemcsefinomítás), és (b) hűtés közben erősíti a csapadékot. Ez a kulcs a nagy szilárdság eléréséhez alacsony szén-dioxid-kibocsátás mellett. |
| Vanádium (V) | 0.01 - 0.15%* | 0.01 - 0.15%* | Alternatív/kiegészítő mikroötvözet. A vanádium-karbidok/nitridek erős csapadékos keményedést biztosítanak, különösen a ferritben. Használható önmagában vagy Cb-vel. A marók specifikus hengerlési gyakorlatuk alapján optimalizálják a Cb/V arányt. |
* A kívánt tulajdonságok eléréséhez kolumbium, vanádium vagy ezek kombinációja használható.
A kémiától a H{0}}gerendák mechanikai tulajdonságaiig:
Az ebből a kémiai receptúrából a végső H{0}}gerenda szilárdságává és szívósságává történő átalakulás a szerkezeti malom meleg-hengerlési folyamata során következik be.
Szilárd oldatos erősítés: A Gr.60 megnövekedett széntartalma, valamint a mindkét minőségben jelenlévő mangán és szilícium közvetlenül erősíti a vaskristályrácsot azáltal, hogy eltorzítja azt, növelve a folyási és szakítószilárdságot.
Szemcsefinomítás (The Hall{0}}Petch Effect): Ez a leghatékonyabb mechanizmus az erő és a szívósság egyidejű növelésére. A H-gerenda szabályozott gördülése során az acél az ausztenit fázisban deformálódik. Az oldatban lévő mikroötvöző elemek (Cb, V) rögzítik az ausztenit szemcsehatárait, megakadályozva azok növekedését. Az utolsó, alacsonyabb hőmérsékleten végrehajtott menetekben az ausztenitszemcséket "palacsintják". Léghűtés hatására ezek a deformált szemcsék kivételesen finom ferrit mikrostruktúrává alakulnak. A finomabb szemcseméret több szemcsehatárt jelent, ami gátolja a diszlokációs mozgást (növeli a folyáshatárt) és megállítja a repedés terjedését (javítja a szívósságot). Ez a folyamat mindkét évfolyam számára kritikus.
Csapadék keményedés: Ahogy a hengerelt H-nyaláb lehűl a kifutó-asztalon, az oldatban lévő szén és nitrogén a mikroötvöző elemekkel (Cb, V) egyesülve nano-méretű karbidok és nitridek formájában kicsapódik. Ezek a részecskék további akadályokat képeznek a diszlokáció mozgása előtt, jelentősen növelve a folyáshatárt. A hengerlési hőmérséklet és a hűtési sebesség pontos szabályozása ennek a hatásnak a maximalizálására van optimalizálva.
Az eredményül kapott mechanikai profil:
A H-gerendák esetében (amelyeknek az ASTM A6 szerint ki kell elégíteniük a teljes szilárdságot, függetlenül a karima vastagságától, ellentétben a lemezekkel), a kémiai-eredmények egyértelműek:
Gr. 50: Alacsonyabb karbon mennyezetének köszönhetően nagyobb mértékben támaszkodik a szemcsefinomítás és a csapadék keményedésének szinergikus hatására a Cb/V-től, hogy elérje az 50 ksi-t. Ez kiváló szívósságú (21% min. nyúlás) és hegeszthetőségű anyagot eredményez.
Gr. 60: A magasabb széntartalom közvetlenebb szilárdsági hozzájárulást biztosít, kiegészítve a mikroötvöző hatásokat. Ez hatékonyan 60 ksi-ra növeli a folyáshatárt, de mérhető rugalmassággal (18%-os min. nyúlás) és enyhe szén-egyenérték növekedéssel, ami befolyásolja a hegesztési eljárás részleteit.
Összefoglalva, a kémiai összetétel a tervrajz. A forró-hengerlési folyamat az az építkezés, ahol ez a terv készül. Az A572 H-gerendák esetében a hengermű termomechanikailag szabályozott hengerlési képessége ezeket a speciális kémiai határértékeket a mechanikai tulajdonságok kiszámítható és megbízható összességévé alakítja, amelyektől a szerkezetmérnökök támaszkodnak.