Perché viene utilizzato l'acciaio bainite a basso tenore di carbonio HQ785
L'acciaio bainitico a basso tenore di carbonio è diventato una scelta standard per strutture fortemente caricate perché offre elevata resistenza, buona tenacità e saldabilità affidabile a un costo della lega inferiore rispetto ai tradizionali gradi martensitici bonificati. Un basso contenuto di carbonio mantiene basso il carbonio equivalente, il che rende pratica la saldatura sul campo, mentre la microstruttura bainitica fornisce la resistenza che il carbonio avrebbe altrimenti fornito.
Il grado designato HQ785 ha un limite di snervamento specificato di 785 MPa. Come altri acciai strutturali bainitici, viene fornito trattato termicamente e le sue prestazioni dipendono dall'esatta combinazione di austenitizzazione, raffreddamento e rinvenimento applicata dal laminatoio. Poiché la famiglia è relativamente giovane, il controllo della microstruttura e l'equilibrio tra resistenza e tenacità rimangono i due punti che i trasformatori devono gestire con la massima attenzione.
Percorso di trattamento termico per il grado
Il percorso di trattamento termico per il grado è la normalizzazione, l'estinzione e il rinvenimento. La normalizzazione perfeziona la struttura come-forgiata o come-laminata e rimuove le bande. La tempra dalla temperatura di austenizzazione produce quindi il prodotto di trasformazione che porta la resistenza, mentre la tempra allevia le sollecitazioni di tempra e regola l'equilibrio finale delle proprietà. La singola leva di controllo più utile dopo la tempra è la temperatura di rinvenimento.
Le prove riportate per l'acciaio bainitico forgiato a basso tenore di carbonio di questa classe di resistenza hanno utilizzato temperature di rinvenimento di 570 C, 600 C, 630 C e 660 C. Dopo il trattamento termico, i provini sono stati lavorati e testati per le proprietà di trazione, la resilienza e la struttura metallografica in modo che l'influenza della temperatura di rinvenimento potesse essere isolata da tutte le altre variabili.
Effetto della temperatura di rinvenimento sulla resistenza
| Temperatura di rinvenimento | Risposta alla resistenza allo snervamento | Risposta alla resistenza alla trazione |
|---|---|---|
| da 570°C a 630°C | Cade da circa 995 MPa a circa 716 MPa | Cade da circa 1077 MPa a circa 804 MPa |
| 660 C | Chiara ulteriore riduzione | Chiara ulteriore riduzione |
La tendenza è monotona: all'aumentare della temperatura di rinvenimento, sia il carico di snervamento che il carico di rottura diminuiscono costantemente nell'intervallo da 570 C a 630 C, e il calo diventa pronunciato una volta che la temperatura raggiunge 660 C. La conseguenza pratica è che un'acciaieria o un produttore che desidera un margine misurato superiore al carico di snervamento minimo di 785 MPa dovrebbe rinvenire all'estremità inferiore della finestra testata, mentre un produttore che desidera la migliore tenacità a bassa temperatura e la lavorazione più semplice dovrebbe temprare verso il valore estremità superiore e quindi verificare che la resistenza soddisfi ancora il caso di progetto.
Qualsiasi modifica alla temperatura di rinvenimento richiede pertanto un nuovo test meccanico. La temperatura di rinvenimento non è un parametro cosmetico per questo grado; sposta il prodotto da una classe di resistenza all'altra.
Effetto sull'allungamento e sulla resistenza all'impatto
L'allungamento non è fortemente influenzato dalla temperatura di rinvenimento nella finestra testata, ma aumenta gradualmente all'aumentare della temperatura. La resilienza mostra una risposta più chiara e utile: l'energia assorbita aumenta all'aumentare della temperatura di rinvenimento, che è esattamente il mestiere che rende le temperature di rinvenimento più elevate attraenti per le strutture che vedono carichi dinamici o basse temperature di servizio ambientali.
Il compito pratico di sviluppo per questa qualità è quindi quello di trovare la temperatura di rinvenimento che mantenga il carico di snervamento ben al di sopra del minimo specificato, spingendo al contempo la tenacità al massimo consentito dall'applicazione. Per le strutture in climi freddi e per i giunti saldati soggetti a sollecitazioni in servizio, la parte superiore della finestra testata è normalmente il punto di partenza migliore.
Punti di controllo del processo per tubi e piastre in acciaio bainitico
Registrare la temperatura di austenitizzazione, il tempo di mantenimento e la velocità di raffreddamento per ogni carica, poiché le temperature di inizio e fine della trasformazione bainitica dipendono dalla velocità di raffreddamento.
Verificare che l'estinzione abbia effettivamente prodotto il prodotto di trasformazione previsto mediante esame metallografico anziché solo mediante la durezza.
Mantenere la temperatura di rinvenimento entro una fascia ristretta e registrare la carica del forno; un piccolo superamento nella parte superiore della finestra costa una grande quantità di limite di snervamento.
Testare le proprietà meccaniche su campioni prelevati dalla stessa carica di trattamento termico e, se il prodotto è un tubo o un assieme saldato, sia dal metallo di base che dalla zona interessata dal calore.
Controllare la planarità e la stabilità dimensionale dopo la tempra, poiché il sollievo dallo stress da tempra può spostare un componente lungo.
Mantenere qualificata la procedura di saldatura con un intervallo di apporto termico che corrisponda alla produzione, poiché le zone interessate dal calore dell'acciaio bainitico sono sensibili a un eccessivo apporto di calore.
Domande frequenti
D: Qual è il limite di snervamento specificato per HQ785?
La designazione del grado indica un carico di snervamento minimo specificato di 785 MPa, che lo colloca nella classe strutturale ad alta resistenza pur rimanendo saldabile a causa del suo basso contenuto di carbonio.
D: In che modo la temperatura di rinvenimento modifica la resistenza dell'acciaio?
L’aumento della temperatura di rinvenimento riduce sia il carico di snervamento che la resistenza alla trazione. Nelle prove riportate la resistenza allo snervamento è scesa da circa 995 MPa a circa 716 MPa e la resistenza alla trazione da circa 1077 MPa a circa 804 MPa tra 570 C e 630 C, con una caduta molto maggiore a 660 C.
D: Una temperatura di rinvenimento più elevata riduce la tenacità?
No. La resilienza e l'allungamento migliorano entrambi all'aumentare della temperatura di rinvenimento, motivo per cui vengono scelte temperature di rinvenimento più elevate quando il requisito fondamentale è la tenacità a bassa temperatura.
D: Perché la normalizzazione è inclusa prima del quench?
La normalizzazione perfeziona la struttura come-forgiata o come-laminata e riduce la segregazione, in modo che il successivo raffreddamento produca un prodotto di trasformazione più uniforme e un risultato più prevedibile.
D: Le proprietà possono essere modificate dopo la consegna?
È possibile, ma solo mediante un trattamento termico ri-completo seguito da nuovi test meccanici. Il solo rinvenimento è accettabile solo se la resistenza e la tenacità risultanti vengono nuovamente verificate rispetto ai requisiti di progettazione.
D: Cosa deve essere controllato sul certificato dello stabilimento?
La condizione di trattamento termico, l'intervallo di temperature di rinvenimento, i risultati di snervamento e resistenza alla trazione, i valori di allungamento e impatto e la descrizione metallografica della microstruttura.
