Как материальная наука о якорях для углеродистой стали влияет на их прочность на растяжение и долговечность?

В области строительства и тяжелой техники, Углеродистая стальная якорь является ключевым соединением и фиксированным компонентом, и его производительность напрямую определяет срок службы и обслуживания структуры. Углеродочная сталь является его основным материалом, и синергия его химического состава, микроструктуры и технологии обработки формирует механические свойства и долговечность якорного болта.
1. Химический состав: «карта генов» прочности на разрыв
Прочность на растяжение углеродистой стали нелинейно положительно коррелирует с содержанием углерода (C%). Согласно стандарту ASTM A36, содержание углерода в типичном якорном болте углеродистой стали контролируется в диапазоне 0,25%-0,29%, и это соотношение достигает баланса между прочностью и пластичностью. Когда содержание углерода превышает 0,3%, твердость материала увеличивается, но хрупкость значительно увеличивается, что может привести к тому, что якорный болт будет хрупким переломом при динамической нагрузке. В то же время добавление элемента марганца (Mn) (0,6%-1,2%) может улучшить связь границы зерна посредством укрепления твердого раствора с помощью углерода и увеличить прочность на растяжение на 15%-20%.
Проверка случая: промышленная установка использует углеродистую сталь -якоря с содержанием C 0,27% и содержание Mn 0,9%. Его окончательная прочность на растяжение достигает 580 МПа, что на 34% выше, чем у обычной низкоуглеродной стали, успешно сопротивляясь высокочастотной вибрационной нагрузке подъемного оборудования.
2. Микроструктура: «невидимый щит» долговечности
Долговечность углеродистой стали зависит от сопротивления ее микроструктуры к коррозии и усталости. Благодаря контролируемому процессу прокатки и контролируемого охлаждения (TMCP) соотношение феррита к жемчужину может быть оптимизировано для образования мелкозернистой структуры (размер зерна достигает 8 или выше). Мелкие зерна не только улучшают вязкость материала, но и снижают накопление дислокаций на границах зерна и задерживают инициацию трещин. Кроме того, добавление следов меди (Cu, 0,2%-0,5%) и хром (Cr, 0,3%-0,6%) может образовывать плотную оксидную пленку, снижая скорость коррозии до менее чем 0,02 мм/год.
Экспериментальные данные: после сравнения с тестом на солевые распыления (стандарт ASTM B117) область ржавчины углеродистых стальных болтов, содержащих CR/Cu через 720 часов, составляет только 1/5 от обычной углеродистой стали, а срок службы в морской среде продлевается до более чем 30 лет.
V. Будущее направление: прорывы в интеллектуальной материальной науке
С разработкой проекта «Геном материала и вычислительной материалости», новые высокопрочные и жесткие углеродные стали (такие как нано-банитная сталь и средняя марганцевая сталь) входят на стадию инженерной проверки. Ожидается, что прочность на растяжение нового поколения якорных болтов, как правило, контролируя распределение углерода и изменение фазы