Cum afectează știința materială a șuruburilor de ancorare din oțel carbon, rezistența și durabilitatea lor la tracțiune?

În domeniul ingineriei construcțiilor și al utilajelor grele, Ancoră de grevă din oțel din carbon este o componentă cheie de conectare și fixare, iar performanța sa determină în mod direct durata de siguranță și de serviciu a structurii. Oțelul carbon este materialul său principal, iar sinergia compoziției sale chimice, a microstructurii și a tehnologiei de procesare modelează proprietățile mecanice și durabilitatea șurubului de ancorare.
1. Compoziția chimică: „harta genelor” a rezistenței la tracțiune
Rezistența la tracțiune a oțelului carbon este corelată pozitiv neliniar cu conținutul său de carbon (C%). Conform standardului ASTM A36, conținutul de carbon al unui șurub tipic de ancorare din oțel de carbon este controlat în intervalul 0,25%-0,29%, iar acest raport lovește un echilibru între rezistență și ductilitate. Când conținutul de carbon depășește 0,3%, duritatea materialului crește, dar fracturarea crește semnificativ, ceea ce poate determina fractura fragilă sub sarcină dinamică. În același timp, adăugarea de element de mangan (MN) (0,6%-1,2%) poate îmbunătăți legătura graniței prin consolidarea soluției solide cu carbonul și poate crește rezistența la tracțiune cu 15%-20%.
Verificarea cazurilor: o fabrică industrială folosește ancore din oțel carbon cu un conținut de C de 0,27% și un conținut de Mn de 0,9%. Rezistența sa la tracțiune finală atinge 580MPa, ceea ce este cu 34% mai mare decât cel al ancorelor obișnuite de oțel cu conținut scăzut de carbon, rezistând cu succes la sarcina de vibrație de înaltă frecvență a echipamentului de ridicare.
2. Microstructura: „scutul invizibil” al durabilității
Durabilitatea oțelului carbon depinde de rezistența microstructurii sale la coroziune și oboseală. Prin procesul de răcire controlat și controlat (TMCP), raportul dintre ferită și perla poate fi optimizat pentru a forma o structură cu granulație fină (mărimea bobului atinge ASTM Grad 8 sau mai mare). Cerealele fine nu numai că îmbunătățesc duritatea materialului, dar reduc și acumularea de luxații la limitele cerealelor și întârzie inițierea fisurilor. În plus, adăugarea unor cantități de urme de cupru (Cu, 0,2%-0,5%) și crom (CR, 0,3%-0,6%) poate forma o peliculă de oxid densă, reducând rata de coroziune la mai puțin de 0,02 mm/an.
Date experimentale: După comparație cu testul de pulverizare cu sare (standard ASTM B117), zona de rugină a șuruburilor de ancorare din oțel carbon care conțin CR/Cu după 720 de ore este doar 1/5 din cea a oțelului de carbon obișnuit, iar durata de viață în mediul marin este prelungită la mai mult de 30 de ani.
V. Direcția viitoare: descoperiri în știința materialelor inteligente
Odată cu dezvoltarea proiectului genomului material și a materialelor de calcul, noile oțeluri de carbon de înaltă rezistență și duri (cum ar fi oțelul nano-bainite și oțelul de mangan mediu) intră în stadiul de verificare a ingineriei. Prin controlul precis al distribuției carbonului și al schimbării fazelor, se preconizează că rezistența la tracțiune a noii generații de șuruburi de ancorare va depăși 800MPa, menținând în același timp o rezistență excelentă la coroziune.