Химиялық құрамдағы негізгі айырмашылықтар
Көміртегілі болат пластинкасы мен қоспалы болат пластинкасы арасындағы негізгі айырмашылық олардың химиялық құрамында. Көміртегілі болат негізінен темір мен көміртегінің қоспасы болып табылады, ондағы көміртегінің мөлшері салмағы бойынша әдетте 0,05%-дан 2,0%-ға дейін болады, ал марганец, кремний және мыс сияқты басқа қоспалы элементтердің мөлшері тек іздеу деңгейінде болады. Ол көміртегінің мөлшері бойынша үш топқа бөлінеді: төмен көміртегілі болат (<0,25% C), орта көміртегілі болат (0,25–0,60% C) және жоғары көміртегілі болат (0,60–2,0% C). Ал қоспалы болат пластинкасында хром, никель, молибден, марганец, кремний, ванадий және бор сияқты қосымша қоспалы элементтердің маңызды мөлшері бар — бұлар белгілі бір механикалық немесе физикалық қасиеттерді жақсарту үшін мақсатты түрде қосылады. Анықтама бойынша, бұл қосымша элементтердің жалпы мөлшері жалпы құрамның 5%-ынан асқан кезде болат «қоспалы болат» деп саналады. Бұл негізгі құрамдық айырмашылық осы екі материал тобы арасындағы басқа барлық өнімділік айырмашылықтарының негізгі себебі болып табылады.
Механикалық қасиеттер мен беріктік сипаттамалары
Көміртекті және қорытпалы болаттардың механикалық қасиеттері олардың әртүрлі химиялық құрамы мен микрқұрылымына байланысты әлдеқайда ерекшеленеді. Көміртекті болат пластинкалары көміртектің мөлшеріне қарай беріктігі мен қаттылығы артатын жақсы беріктік пен қаттылық қасиеттерін ұсынады. Төмен көміртекті болат әдетте 250–400 МПа шегінде болатын ағысу беріктігімен сипатталатын жоғары созылғыштық, дәнекерленгіштік және пішімделгіштік қасиеттерін қамтамасыз етеді. Орташа көміртекті болат ағысу беріктігі 350–550 МПа болатын жоғары беріктік пен тозуға төзімділік қасиеттерін береді, ал жоғары көміртекті болат ағысу беріктігі 400–600 МПа болатын максималды қаттылық пен тозуға төзімділік қасиеттерін ұсынады. Дегенмен, көміртекті болаттың әдетте қаттыланғыштығы төмен болады, себебі қосымша қорытпа элементтерсіз тек көміртектің ғана беріктендіру әсері шектеулі.
Қоспалы болат пластинкалары стратегиялық тұрғыдан қосылатын қоспалы элементтер арқылы жоғары механикалық қасиеттерге ие болады. Хром (Cr) қаттылыққа төзімділікті, беріктікті және коррозияға төзімділікті арттырады; никель (Ni) тұрақтылықты және соққыға беріктікті жақсартады; молибден (Mo) жоғары температурадағы беріктікті және қаттылыққа төзімділікті күшейтеді; марганец (Mn) қаттылыққа төзімділікті және созылу беріктігін арттырады; ванадий (V) түйіршік құрылымын жіңішкелтеді және тұрақтылықты жақсартады. Осы қоспалы элементтерді қосу мен бақыланатын жылумен өңдеу арқылы қоспалы болат пластинкаларының ағу беріктігі 400 МПа-дан 1000 МПа-ға дейін жетеді, сонымен қатар олар ерекше тұрақтылыққа, тозуға төзімділікке және циклдық беріктікке ие болады. Мысалы, ASTM A514 стандартына сәйкес суытып және шынығу арқылы өңделген қоспалы болат пластинасының ағу беріктігі кемінде 100 ksi (690 МПа) құрайды, бұл салмақты азайту қажет болатын жоғары кернеулерге төтеп беретін конструкциялық қолданыстар үшін идеалды болып табылады.
Коррозияға төзімділік пен қоршаған ортадағы өнімділік
Коррозияға төзімділік — бұл екі материал тобы арасындағы тағы бір маңызды айырмашылық. Көміртекті болат пластинкалары қорғаныш қоспалы элементтердің болмауына байланысты табиғи коррозияға төзімділігі шектеулі; олар ылғал мен оттегі әсерінен қызыл шірік түзеді, сондықтан қызмет көрсету кезінде коррозиядан қорғау үшін бояу, цинктеп өңдеу немесе басқа беттік өңдеулер сияқты қорғаныш қабаттары қажет. Көміртекті болат хлоридті ортада шұңғымалы және саңылаулы коррозияға ұшырайды және әдетте коррозиялы ортада қызмет көрсетуге арналған кезде қосымша қорғаныссыз ұсынылмайды.
Хром, никель және молибден қосылған қоспалы болат плиталары коррозияға төзімділігін арттырады. Қоспалы болаттардың ішіндегі шымтаяқ болат маркалары (хромның мөлшері 10,5% астам) әртүрлі орталарда коррозияға қарсы қорғаныс қабаты ретінде қызмет ететін өзін-өзі түзететін пассивті тотығын түзеді. Ауа-райына төзімді болат маркалары (мысалы, ASTM A588) мыс, хром, никель және фосфор қосылған, көптеген қолданыстарда бояудың қажетін болдырмайтын тұрақты қорғаныс қабатын қалыптастырады. Талап етілетін коррозиялық орталар үшін никель-хром-молибден құрамы бар қоспалы болат плиталары (жоғары температурада пайдалану үшін ASTM A387) немесе мұнай мен газ өндірісіндегі ащы орталарда қолданылатын арнайы құрамды маркалар ондаған жылдар бойы қызмет көрсетуге қабілетті.
Дәнекерлеуге жарамдылығы мен өңдеу ескерістері
Көміртекті болат пластинкалары әдетте жақсы дәрежеде дәнекерленеді, атап айтқанда төмен көміртекті маркалар (A36, A572 Grade 50). Бұл болаттар көптеген қалыңдықтар үшін арнайы алдын-ала қыздыру немесе дәнекерлеуден кейінгі жылумен өңдеу қажет етпейтін дәстүрлі әдістермен дәнекерленеді. Дәнекерлеу әдістері жақсы орнатылған және кеңінен түсінілген, сондықтан олар өндірістің тиімділігін арттырады және шығындарды төмендетеді. Алайда, жоғары көміртекті болаттар сутегімен қоздырылатын трещиналардың пайда болуын болдырмау үшін мұқият алдын-ала қыздыру мен дәнекерлеуден кейінгі жылумен өңдеуді қажет етеді.
Қоспалы болат пластинкаларын дәлірек пісіру талаптарын қажет етеді. Қоспалы элементтердің болуы қаттылықты арттырады және көміртегі эквивалентінің мәндерін көтереді, сондықтан бұл болаттар жылу әсерленген аймақта (ЖӘА) сутегімен шақырылған трещиналарға ұшырауға бейім болады. Қоспалы болат пластинкаларын пісіру үшін әдетте белгілі бір температурада (сынып пен қалыңдығына байланысты 100–300°C) алдын ала қыздыру, өткел температурасын қатаң бақылау, төмен сутегілі пісіру материалдарын қолдану және жиі пісіруден кейінгі жылу өңдеу (қалыңдықты азайту немесе тұрақтандыру) қажет, олар нәтижесінде беріктік қасиеттерін қалпына келтіреді және қалдық керілулерді азайтады. Мысалы, ASTM A514 болатын пісіру үшін алдын ала қыздыру 100–200°C аралығында, ал өткел температурасы 200°C-тен аспауы керек. Пісіру процесі күрделірек және көбірек техникалық біліктілікті талап етсе де, алынған пісірілген қосылыстар жоғары өнімділікті негізгі материалдың механикалық қасиеттеріне сай болады.
Өнімдік туралы қарым-қатынас және барлық
Көміртекті болат пластинкалары әдетте олардың қарапайым химиялық құрамы мен тікелей шығару процестері салдарынан қоспалы болат пластинкаларына қарағанда арзанырақ. Төмен материалдық құны және өте жақсы өңделу қасиеті көміртекті болатты ешқандай аса жоғары өнімділік талаптары қойылмайтын жалпы құрылымдық қолданыстар үшін негізгі таңдау ретінде қолданылуына себепші болады. Көміртекті болат әлем бойынша көптеген өндірушілерден стандартты маркалар, пішіндер және өлшемдерде кеңінен қолжетімді, бұл бағалардың бәсекелестігін және қысқа жеткізу мерзімдерін қамтамасыз етеді.
Қосымша қоспалы элементтердің, күрделірек өндіріс процестерінің және жиі қатаң сапа бақылау талаптарының есебінен қоспалы болат плиталарының бағасы жоғары болады. Алайда, қоспалы болаттың жақсартылған жұмыс сипаттамаларын пайдалануға болатын қолданыстарда — мысалы, беріктікті сақтай отырып, салмақты азайту, коррозиялық ортада пайдалану мерзімін ұзарту немесе жоғары температурада жұмыс істеуге мүмкіндік беру — бастапқы материалдың жоғары құны көбінесе циклдық өмір кезеңіндегі шығындарды азайту мен жабдықтың сенімділігін арттыру арқылы оправданады. Арнаулы қолданыстар үшін қоспалы болат плиталары тек таңдалған домна пештерінен ғана қолжетімді болуы мүмкін және ұзақ жеткізу мерзімін қажет етеді.
Қолданыс салалары мен таңдау критерийлері
Көміртегілі болат және қоспалы болат плиталарын таңдау белгілі бір қолданыс талаптарына негізделеді. Көміртегілі болат плиталары орташа беріктік пен құнының тиімділігі маңызды болған жағдайда жалпы құрылыс, құрылымдық рамалар, көпірлер, ғимараттардың бағандары мен аралықтары, сондай-ақ жалпы машина бөлшектері үшін негізгі материал болып табылады. Олар сонымен қатар қысымдық ыдыстар (ASTM A516), магистралдық құбырлар мен технологиялық құбырлар (API 5L), кеме корпусы, сақтау резервуарлары және ауыр жабдықтың негізі үшін қолданылады.
Қоспалы болат пластинкалары жоғары қасиеттер талап ететін қолданыс салалары үшін белгіленеді. Жоғары беріктікті төмен қоспалы (HSLA) болаттар көпірлерде, ауыр жабдықтарда және салмақты азайту маңызды болатын көлік құралдарында кеңінен қолданылады. Хром-молибден қоспалы болаттар (ASTM A387) жоғары температурада жұмыс істейтін қысымды ыдыстар мен будың генераторлары үшін өте маңызды. Тозуға төзімді қоспалы болат пластинкалары (AR400, AR500) қазбаларды өндіру жабдықтарында, экскаватордың шелектерінде және қатты абразивті әсерге ұшырайтын материалдарды тасымалдау компоненттерінде қолданылады. Ауа-райына төзімді болат пластинкалары бояудың қажеті жоқ қорғаныс қабатын қалыптастыратын және өмірлік цикл бойынша жөндеу шығындарын азайтатын көпірлер үшін белгіленеді. Суытылып және шынығу арқылы өңделген қоспалы болат пластинкалары (ASTM A514) крандың иілу бөлігі, ауыр автокөліктердің рамалары және өте жоғары беріктікке/салмаққа қатынасы талап етілетін басқа да жоғары кернеулерге ұшырайтын конструкциялық бөліктер ретінде қолданылады. Көміртегілі және қоспалы болат пластинкаларын таңдаған кезде инженерлер қызмет көрсету ортасын, қажетті механикалық қасиеттерді, өңдеу мүмкіндіктерін, циклдық шығындарды және қолжетімділікті бағалап, нәтижелі жұмыс істеу мен тиімділікті қамтамасыз етуі керек.
