فولاد پر سرعت (HSS) نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در مهندسی متالورژی است و حفظ سختی استثنایی در دمای بالا را ارائه می دهد. این آلیاژ تخصصی برنامه هایی را فراتر از ابزارهای برش سنتی ، از جمله سیستم های لوله کشی با کارایی بالا که در آن مقاومت شدید سایش و پایداری دما لازم است ، پیدا کرده است.
توسعه تاریخی فولاد پر سرعت
منشأ فولاد پر سرعت را می توان در اواخر قرن نوزدهم ردیابی کرد که تقاضای تولید بیش از قابلیت های ابزارهای فولادی کربن آغاز شد. در سال 1898 ، مهندسان آمریکایی FW Taylor و M. White اولین HSS را با وارد کردن 18 ٪ تنگستن در آلیاژهای فولادی توسعه دادند و آنچه را که در آن زمان نامیده می شد 'فولاد خود را به عنوان' ایجاد می کند.
این ماده انقلابی ، قادر به حفظ سرعت برش 30 متر در دقیقه (در مقایسه با 5 متر در دقیقه از فولاد کربن) ، که در نمایشگاه جهانی 1900 پاریس آغاز شده است ، و نشانگر نقطه عطفی در قابلیت های تولید صنعتی است.
نوآوری های جنگ
در طول جنگ جهانی اول ، متالورژیست های آلمان انواع HSS حاوی کبالت (مانند T15) را با مقاومت در برابر حرارت تا 600 درجه سانتیگراد برای تولید اجزای مخزن توسعه دادند. بعداً ، در طول جنگ جهانی دوم ، ایالات متحده پیشگام HSS مبتنی بر مولیبدن (سری M) برای رفع کمبود تنگستن بود.
اولین استاندارد بین المللی در سال 1942 هنگامی که ISO طبقه بندی هایی را برای فولادهای مبتنی بر تنگستن (W-System) و مبتنی بر مولیبدن (M-S-System) ایجاد کرد. از سال 1950 به بعد ، پیشرفت های مداوم منجر به مواد HSS با کارایی بالا امروز شده است.
طبقه بندی و ترکیب فولاد پر سرعت
فولاد پر سرعت بر اساس عناصر آلیاژ به سه نوع اصلی طبقه بندی می شود:
HSS مبتنی بر تنگستن (W-Type/T-Type): حاوی 12-19 ٪ تنگستن و 0.7-
HSS مبتنی بر مولیبدن (M-Type): حاوی 5-10 ٪ مولیبدن ، با 1 ٪ MO خواص معادل 1.5-2 ٪ W
Tungsten-Molybdenum کامپوزیت HSS: ویژگی های W: MO از 1: 1.5-2.0 ، ارائه مقاومت در برابر سایش متعادل و سختی ضربه
عناصر اصلی آلیاژ و عملکرد آنها
HSS خصوصیات استثنایی خود را از تعادل دقیق عناصر آلیاژ استخراج می کند:
کربن (C): از 0.7 ٪ تا 1.65 ٪ متغیر است و تعادل بین سختی و چقرمگی را تعیین می کند
تنگستن (W): به طور معمول 5-18 ٪ ، به سختی و مقاومت در برابر سایش کمک می کند
مولیبدن (MO): اغلب 5-10 ٪ در HSS از نوع M ، توزیع کاربید را بهبود می بخشد و تقریباً 30 ٪ چقرمگی را افزایش می دهد
کروم (CR): به طور مداوم 3.8-5.0 ٪ ، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری درجه حرارت بالا را تقویت می کند
وانادیوم (V) و کبالت (CO): برای خواص تخصصی از جمله ساختار دانه تصفیه شده و سختی گرم افزایش یافته اضافه شده است
خواص و استانداردهای عملکرد
فولاد پر سرعت در حالی که ثبات بعدی را در دماهای بالا حفظ می کند ، مقادیر سختی 60 HRC و بالاتر را به دست می آورد. این ترکیب آن را برای برنامه های کاربردی که نیاز به مقاومت در برابر سایش تحت استرس حرارتی دارند ، مطابق با استانداردهای ASTM برای فولادهای ابزار با سرعت بالا ، ایده آل می کند.
هنگامی که در مورد اجزای لوله کشی تخصصی اعمال می شود ، HSS مزایای قابل توجهی نسبت به فولاد کربن معمولی یا فولاد ضد زنگ در محیط های با لباس بالا و درجه حرارت بالا مانند موارد موجود در برنامه های OCTG (کالاهای لوله ای نفتی) و پردازش پتروشیمی ارائه می دهد.
اهمیت تجاری از نوع M در مقابل T-Type HSS
M-Type HSS به دلیل راندمان هزینه خود تقریباً 85 ٪ از بازار حاکم است-معمولاً 30 ٪ ارزان تر از نمرات T از نوع T. این مزیت قیمت ناشی از توانایی مولیبدن در ارائه عملکرد قابل مقایسه با تنگستن در تقریباً نیمی از وزن عنصر آلیاژ است.
برنامه های کاربردی در سیستم های لوله کشی پیشرفته
در حالی که به طور سنتی با ابزارهای برش همراه است ، فناوری HSS برای اجزای لوله کشی تخصصی که در آن شرایط شدید به خصوصیات متالورژی برتر نیاز دارد ، تطبیق یافته است:
اجزای حفاری Downhole: اتصالات لوله مته API 5DP API 5DP در چاههای HPHT (فشار بالا)
بخش های لوله خط مقاوم در برابر سایش: برای حمل و نقل دوغاب ساینده مطابق با مشخصات API 5L اصلاح شده
اتصالات تخصصی OCTG: برای افزایش دوام اتصال در محیط های خدمات ترش (NACE MR0175 سازگار)
اجزای لوله کشی فرآیند درجه حرارت بالا: ملاقات با نیازهای اصلاح شده ASTM A106 درجه C با مقاومت دما افزایش یافته
تحولات آینده
تحقیقات متالورژی در حال انجام به تصویب ترکیبات HSS برای برنامه های تخصصی لوله کشی ادامه می دهد. تحولات فعلی بر بهینه سازی نمرات حاوی کبالت برای محیط های خدمات شدید و کاهش مقادیر عناصر آلیاژ از طریق تکنیک های تولید دقیق متمرکز است.
از آنجا که صنعت نفت و گاز به بررسی مخازن به طور فزاینده ای چالش برانگیز می پردازد ، تقاضا برای اجزای HSS با کارایی بالا در برنامه های Critical OctG و لوله های خط همچنان رو به رشد است و نوآوری را در این دسته از مواد همه کاره هدایت می کند.
