Comment la science des matériaux des boulons d'ancrage en acier au carbone affecte-t-elle leur résistance à la traction et leur durabilité?

Dans le domaine de l'ingénierie de la construction et des machines lourdes, Ancre de grève en acier en carbone est un composant de connexion et de fixation clé, et ses performances déterminent directement la durée de vie et la durée de vie de la structure. L'acier au carbone est son matériau central, et la synergie de sa composition chimique, de sa technologie de microstructure et de traitement façonne les propriétés mécaniques et la durabilité du boulon d'ancrage.
1. Composition chimique: la "carte des gènes" de la résistance à la traction
La résistance à la traction de l'acier au carbone est non linéaire positivement corrélée avec sa teneur en carbone (C%). Selon la norme ASTM A36, la teneur en carbone d'un boulon d'ancrage en acier en carbone typique est contrôlée dans la plage de 0,25% à 0,29%, et ce ratio établit un équilibre entre la résistance et la ductilité. Lorsque la teneur en carbone dépasse 0,3%, la dureté du matériau augmente mais la fragilité augmente considérablement, ce qui peut entraîner une fracture fragile du boulon d'ancrage sous une charge dynamique. Dans le même temps, l'ajout d'élément de manganèse (MN) (0,6% à 1,2%) peut améliorer la liaison des limites des grains par le renforcement de la solution solide avec le carbone et augmenter la résistance à la traction de 15% à 20%.
Vérification des cas: Une usine industrielle utilise des ancres en acier en carbone avec une teneur en C de 0,27% et une teneur en Mn de 0,9%. Sa résistance à la traction ultime atteint 580 MPa, ce qui est 34% plus élevé que celui des ancres en acier à faible teneur en carbone ordinaires, résistant avec succès à la charge de vibration à haute fréquence de l'équipement de levage.
2. Microstructure: le "bouclier invisible" de la durabilité
La durabilité de l'acier au carbone dépend de la résistance de sa microstructure à la corrosion et à la fatigue. Grâce au processus de roulement contrôlé et de refroidissement contrôlé (TMCP), le rapport de la ferrite / de la perlite peut être optimisé pour former une structure à grains fins (la taille des grains atteint ASTM grade 8 ou plus). Les grains fins améliorent non seulement la ténacité du matériau, mais réduisent également l'accumulation de dislocations aux joints de grains et retardent l'initiation des fissures. De plus, l'ajout de traces de cuivre (Cu, 0,2% -0,5%) et de chrome (Cr, 0,3% -0,6%) peut former un film d'oxyde dense, réduisant le taux de corrosion à moins de 0,02 mm / an.
Données expérimentales: Après comparaison avec le test de pulvérisation saline (norme ASTM B117), la zone de rouille des boulons d'ancrage en acier au carbone contenant Cr / Cu après 720 heures n'est que 1/5 de celle de l'acier de carbone ordinaire, et la durée de vie dans l'environnement marin est prolongée à plus de 30 ans.
V. Orientation future: percées en science matérielle intelligente
Avec le développement du projet de génome des matériaux et de la science des matériaux de calcul, de nouveaux aciers à carbone à haute résistance et résistants (tels que l'acier nano-bainite et l'acier à manganèse moyen) entrent au stade de vérification de l'ingénierie. En contrôlant précisément la distribution du carbone et le chemin du changement de phase, la résistance à la traction de la nouvelle génération de boulons d'ancrage devrait dépasser 800 MPa tout en maintenant une excellente résistance à la corrosion.