Izraza »kaljeno in popuščeno« (Q&T) in »visoka-trdnost« sta natančna opisnika njegovega metalurškega stanja in specifičnega industrijskega postopka, uporabljenega za njegovo doseganje.
1. Zakaj se imenuje "kaljeno in kaljeno visoko{1}}jeklo"
To ime je neposreden povzetek njegove ključne značilnosti in njegove določujoče proizvodne poti.
»Visoka-moč«: To je njegova glavna zmogljivost. Z najmanjšo mejo tečenja 890 MPa (≈129 ksi) spada v kategorijo jekel ultra-visoke-trdnosti (UHSS). Njegova trdnost je 2,5-krat večja od običajnega konstrukcijskega jekla (S355), kar omogoča lažje in učinkovitejše zasnove.
"Kaljeno in temperirano": To je ekskluzivna metoda, s katero se doseže ta izjemna trdnost v kombinaciji z ustrezno žilavostjo. Ni samo močna; močan je, ker je bil kaljen in kaljen. Ta postopek ga razlikuje od drugih jekel z visoko-trdnostjo, ki pridobijo trdnost na različne načine (npr. hladno obdelavo, izločanje pri mikro-legiranih jeklih).
2. Osnovni proizvodni proces: Dvo-stopenjsko termalno obvladovanje
Postopek Q&T je natančno nadzorovano zaporedje segrevanja in hlajenja, ki preoblikuje notranjo mikrostrukturo jekla. Za S890QL1 je ta postopek strogo opredeljen s standardi, kot je EN 10025-6.
Tukaj je-razčlenitev-po korakih:
Faza 1: Kaljenje (korak "kaljenja")
Cilj: Ustvariti zelo trdo, a pretirano krhko mikrostrukturo po celotni debelini jeklene plošče.
Postopek:
Avstenitizacija: Jeklena plošča se v peči segreje na visoko temperaturo (običajno 880 stopinj - 950 stopinj). Pri tej temperaturi se njegova mikrostruktura v celoti spremeni v trdno raztopino, imenovano avstenit, in vsi legirni elementi se enakomerno raztopijo.
Hitro hlajenje (kaljenje): ploščo nato hitro odstranimo iz peči in ohladimo z izjemno hitrostjo, običajno z razprševanjem z-vodnimi curki pod visokim pritiskom ali potopitvijo v raztopino polimera. To hitro ohlajanje "zamrzne" avstenitno strukturo in ji prepreči pretvorbo v mehkejše faze (ferit, perlit), ki nastanejo med počasnim ohlajanjem.
Nastala mikrostruktura: avstenit se spremeni v martenzit – ultra-trdo, igličasto-kristalno strukturo. Ta martenzit daje jeklu temeljno visoko trdnost, vendar je sam po sebi krhek in nagnjen k pokanju.
Faza 2: Kaljenje (korak "kaljenja")
Cilj: zamenjati nadzorovano količino trdote/trdnosti iz kaljenja za dramatično povečanje žilavosti, duktilnosti in dimenzijske stabilnosti, zaradi česar je jeklo uporabno v inženirskih aplikacijah.
Postopek:
Ponovno segrevanje: Popolnoma kaljena (krhka) plošča se ponovno segreje na skrbno izbrano pod-kritično temperaturo, običajno v območju od 550 do 650 stopinj. Ta temperatura je pod točko, kjer se ponovno tvori avstenit, vendar dovolj visoka, da omogoči gibanje atomov.
Namakanje: Plošča se pri tej temperaturi drži izračunan čas (odvisno od debeline), kar omogoča niz metalurških sprememb:
Zmanjšanje napetosti: Notranje napetosti zaradi kaljenja so zmanjšane.
Izločanje karbida: presežek ogljika v martenzitu tvori fine, razpršene delce karbida (npr. vanadija, molibdena). To je ključni mehanizem krepitve.
Transformacija mikrostrukture: krhki martenzit se spremeni v bolj duktilno in žilavo mikrostrukturo, imenovano kaljeni martenzit ali kaljeni bainit.
Nadzorovano hlajenje: Plošča se nato ohladi, običajno v mirnem zraku.
Nastala mikrostruktura: kaljeni martenzit. Ta struktura ohranja zelo visoko stopnjo trdnosti (izkoristek 890 MPa), vendar ima zdaj zadostno duktilnost in, kar je bistveno za S890QL1, udarno žilavost, ki je potrebna za izpolnjevanje specifikacije "-60 stopinj (L1)".
3. Vloga kemijske sestave
Postopek Q&T je učinkovit le zaradi posebne zasnove iz vitke zlitine S890QL1:
Nizka vsebnost ogljika (~0,15-0,18 %): Zagotavlja kaljivost za tvorbo martenzita, hkrati pa ohranja dobro varljivost.
Legirni elementi (Mn, Cr, Ni, Mo, B, V): To so "omogočevalci".
Sredstva za izboljšanje utrjenosti (B, Mn, Cr, Mo): Zagotovite, da do martenzitne transformacije pride tudi v jedru debelih plošč med kaljenjem.
Izboljševalec žilavosti (Ni): kritičen za doseganje žilavosti pri nizkih-temperaturah (-60 stopinj).
Izločevalni ojačevalci (V, Mo): med popuščanjem tvorijo fine karbide, ki prispevajo h končni visoki trdnosti.
Sinteza: "Q" v S890QL1
"Q" v imenu razreda je uradna oznaka za to točno kaljeno in temperirano stanje v skladu z EN 10025-6. To je jamstvo, da je jeklena plošča, ki jo prejmete, prestala to sofisticirano, energijsko-intenzivno in strogo nadzorovano dvostopenjsko toplotno obdelavo.
Če povzamemo:S890QL1 se imenuje "kaljeno in popuščeno visoko{2}}trdno jeklo", ker je njegova neprimerljiva kombinacija meje tečenja 890 MPa in -60-stopinjske žilavosti neposreden, neločljiv proizvod proizvodnega procesa kaljenja-in popuščanja. Ta proces je tisto, kar relativno običajno kemično sestavo spremeni v izjemen inženirski material.