بررسی فنی و اقتصادی اثر جایگزینی نیوبیم به جای وانادیم در فولادهای میکروآلیاژی

این پژوهش با هدف بررسی نقش نیوبیم در بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی فولادهای میکروآلیاژی انجام شد. بدین منظور سه گرید فولادی MSA C۱۳ (۰.۰۱۳%Nb)، MSA C۵۵ (۰.۰۵۵%Nb) و MSA C۱۰۱ (۰.۱۰۱%Nb) پس از ذوب ریزی تحت عملیات حرارتی آستنیته در °C ۱۰۵۰ و بازپخت در °C ۶۲۰ قرار گرفتند. بررسی های میکروسکوپ نوری و SEM نشان داد که با افزایش مقدار نیوبیم، اندازه دانه ها کاهش و توزیع فازهای فریت–پرلیت یکنواخت تر شد. حضور رسوبات کاربیدی نیوبیم (NbC) در نمونه های C۵۵ و C۱۰۱ توسط آنالیز EDS تایید و در آزمون XRD از طریق افزایش شدت پیک های مربوطه مشخص گردید. این رسوبات موجب ریزدانه سازی و پین کردن نابجایی ها شده و در نهایت استحکام را ارتقا دادند. نتایج مکانیکی نشان داد که استحکام تسلیم از ۴۱۵ MPa در C۱۳ به MPa ۵۹۰ در C۵۵ و ۵۷۰ MPa در C۱۰۱ افزایش یافت. همچنین استحکام کششی نهایی (UTS) در این سه فولاد به ترتیب ۵۳۵، ۶۱۰ و MPa ۵۹۵ بود. آزمون سختی برینل نیز روند مشابهی را نشان داد، به طوری که مقادیر سختی ۱۶۷ HB برای C۱۳، HB ۱۸۰ برای C۵۵ و HB ۲۱۲ برای C۱۰۱ ثبت شد. در مقابل، آزمون ضربه شارپی بیانگر کاهش چقرمگی در فولاد پرنیوبیم بود؛ به گونه ای که انرژی جذب شده در C۵۵ بیشینه مقدار خود (۱۸۹ J) را داشت، در حالی که مقادیر مربوط به C۱۳ و C۱۰۱ به ترتیب ۱۴۴ و J ۹۹ بودند. برآیند نتایج نشان داد که حضور نیوبیم علاوه بر بهبود سختی و استحکام، می تواند در صورت افزایش بیش از حد باعث کاهش چقرمگی شود. بنابراین، فولاد C۵۵ با مقدار متوسط نیوبیم بهترین تعادل میان استحکام و مقاومت به شکست ترد را ارائه داده و می تواند به عنوان ترکیب بهینه برای کاربردهای صنعتی پیشنهاد شود.

کلیدواژه ها:

فولادهای میکروآلیاژی ، نیوبیم ، جایگزینی وانادیم ، خواص مکانیکی