فولادهای با عملکرد بالا (استحکام، چقرمگی، مقاومت خزش و استحکام خستگی بالا) (High-Performance Steels) گروهی از فولادهای کم آلیاژی هستند که بدلیل خواص ویژه‌ای که دارند به طور گسترده در ساخت پل‌های طولانی و ساختمان‌های چند طبقه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فولادهای با عملکرد بالا (High-Performance Steel (HPS)) نامی است برای فولادهایی که عملکرد بالاتری را در زمینه‌هایی مانند استحکام کششی، چقرمگی، قابلیت جوشکاری، قابلیت کار سرد و مقاومت در برابر خوردگی در مقایسه با گریدهای فولاد نرم که در کاربردهای رایج مورد استفاده هستند، عرضه می‌کنند. در ۱۵ سال اخیر تکنولوژی ساخت فولاد پیشرفت‌های چشمگیری داشته است که موجب ساخت فولادهای با عملکرد بالا در صنعت مهندسی و ساخت و ساز شده است. فولادهای ساختمانی مرسوم، به دلایل مختلف، هزینه‌های بیشتری را متحمل می‌شوند. با هدف استفاده مجدد از فولادها مخارج تعمیر و نگهداری، مانند رنگ کاری و حذف زنگ زدگی روی آن‌ها اعمال می‌شود. در برخی شرایط نیز ممکن است در صورت عدم رضایت از شرایط، نیاز به تعویض داشته باشند. همچنین روش‌های مرسوم تولید بعنوان مثال کوره دمشی، مصرف برق بالایی نسبت به کوره‌های قوس الکتریکی (که معمولا برای ساخت فولادهای با عملکرد بالا استفاده می‌شود) دارند. با تولید فولادهای با عملکرد بالا، یک نیاز جدید برای سازه‌های باریک سبک وزن در پروژه‌های ساخت و ساز مانند پل‌های طولانی و ساختمان‌های چند طبقه پاسخ داده شد. در چنین سازه‌های مهندسی عمران، نیاز است تا برای اطمینان از برآورده کردن نیازهای مورد نظر، از موادی با استحکام بالا استفاده شود. فولادهای HPS پتانسیل بالایی در کاربردهای ظریف دارند. فولادهای HPS انعطاف پذیری و استحکام تسلیم را افزایش می‌دهند. این فولاد بدلیل دارا بودن خواص مختلف، نسبت وزن به استحکام عالی دارد. برخی از فولادهای HPS تمرکز بالایی بر روی یک ویژگی مانند مقاومت حرارتی یا مقاومت در برابر فعالیت‌های لرزه‌ای دارند[۱].
انواع فولادهای با عملکرد بالا (HPS)
این فولادها بسته به خواصی که دارند به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند. این گروه‌ها عبارتند از[۲]:
- فولادهای با استحکام، چقرمگی، قابلیت جوشکاری و مقاومت در برابر خوردگی بالا
- فولادهای استحکام بالا
- فولادهای با چقرمگی و قابلیت جوشکاری بالا
- فولادهای مقاوم در برابر خوردگی
هر کدام از این گروه‌ها خود شامل چند زیر مجموعه هستند که در جداول زیر بطور کامل به آن‌ها اشاره شده است[۲].
خواص فولادهای با عملکرد بالا
در جدول بالا نقطه تسلیم و استحکام تسلیم برخی از این فولادها ارائه شده است. جدول زیر نیز ترکیب شیمیایی برخی از این فولادها را نشان می‌دهد[۲]. در ادامه همچنین به خواص فولادهای فرسایشی و فولادهای مقاوم در برابر فعالیت‌های لرزه‌ای بطور مجزا پرداخته شده است.
فولاد فرسایشی (Weathering Class Steels)
HPS 485W (که به آن HPS 70W نیز می‌گویند) اولین گرید از این فولادها بود که توسعه پیدا کرد و تجاری شد و هم اکنون در استاندارد آمریکایی ASTM A709 ارائه شده است. HPS 485W توسط کوئنچ و تمپرینگ یا فرآیند ترمو مکانیکی کنترل شده تولید می‌شود. ترکیب شیمیایی HPS 485W و نسخه قدیمی‌تر آن در جدول زیر مقایسه شده است. تفاوت عمده مشاهده شده کاهش شدید سطح کربن است که باعث افزایش قابلیت جوشکاری و چقرمگی می‌شود. مشاهده می‌شود که محتوی کربن در نوع پیشرفته این فولاد تنها ۱۱/۰ درصد است و نسبت به مورد سابق که ۱۹/۰ درصد بوده، کاهش یافته است؛ اما استحکام از طریق اصلاح آلیاژ و افزودنی‌های میکرو آلیاژ همچنان حفظ می‌شود[۱].
برخی از خواص مکانیکی فولادهای فرسایشی که گروهی از فولادهای با عملکرد بالا هستند، در جدول زیر ارائه شده است[۱].
فولادهای مقاوم در برابر فعالیت‌های لرزه‌ای
ترکیب شیمیایی فولادهای مقاوم در برابر فعالیت‌های لرزه‌ای که گروهی از فولادهای با عملکرد بالا هستند، در جدول زیر خلاصه شده است[۱].
کاربرد فولادهای با عملکرد بالا
در ادامه به برخی از کاربردهای این فولادها پرداخته شده است. فولادهای استحکام بالای ۶۹۰ و ۷۸۰ نیوتن/میلی متر مربع، کاربردهای گسترده‌ای در پل‌های معلق، پل‌های کابل، خرپاها و سایر پل‌ها دارند. فولادهایی با نقطه تسلیم پایین بعنوان میراگیر لرزه‌ای ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ایالات متحده و اروپا صفحات فولادی با ضخامت بیش از ۱۰۰ میلی متر در ساخت پل‌ها استفاده می‌شوند. فولاد با چقرمگی عالی در قطعاتی که تحت خمش زاویه‌دار سرد قرار دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند[۲].
برخی از کاربردهای فولادهای با عملکرد بالا[۲].
فولادهای با عملکرد بالا گروهی از فولادهای کم آلیاژی هستند که استحکام، چقرمگی، مقاومت به خزش و استحکام خستگی بالایی دارند. این فولادها بدلیل خواص فوق‌العاده، در ساخت و سازهای مهندسی که به سازه‌های باریک، سبک وزن و با استحکام بالا نیازمند هستند، کاربرد دارند. کاربرد اصلی این فولادها در پل‌های طولانی و ساختمان‌های چند طبقه است.
[۱] “https://www.ukessays.com/essays/engineering/high-performance-steel-and-its-application-engineering-essay.php.” .
[۲] S. Federation, “High Performance Steels ( For Bridge Construction ) Secretariat :,” no. March 2015.