اولین بار میکرو آلیاژها در اواخر دهه 60 میلادی وارد صنعت شدند . استحکام بالا از مزایای اصلی این نوع فولاد است. علاوه بر استحکام بالا مزیت های دیگری فولاد های میکرو آلیاژ کاهش هزینه تولید در صنعت اتومبیل سازی می باشد.در این فولادها بعد از انجام عملیات گرم در دمای بالا و کنترل پارامترهای عملیات و همچنین سرد کردن مناسب، تا دمای پایین به مقدار استحکام و دیگر خواص مورد نظر دست یافت ، که با نتایج بدست آمده برای قطعات تولید شده با روش های متداول کوئنچ و تمپر قابل مقایسه هستند.در نتیجه با حذف عملیات کوئنچ و تمپر می توان علاوه بر کاهش هزینه ها،سرعت تولید را نیز افزایش داد.
کاربردهای میکرو آلیاژکجاست؟
به سبب استحکام زیاد ریزآلیاژها، اینگونه فلزات را می‌توان در ساخت قطعات باریک به کار برد. در صنایعی مانند خودرو سازی که کاهش وزن در درجه اول توجه قرار دارد ،استفاده از ریزآلیاژها رونق بیشتری دارند. استحکام محصولی که با این مواد ساخته می‌شود بدون عملیات حرارتی از ۴۱۵ تا ۸۲۵ مگاپاسکال تغییر می‌کند.
با توجه به اینکه ریزآلیاژ در قطعه‌های فلزی باریک‌تر به کار می‌رود، خوردگی باعث کاهش چشمگیر استحکام در اینگونه فلزات می‌شود. اما، می‌توان با افزودن عناصری همچون مس، سیلیکون، نیکل، کروم و فسفر بر مقاومت قطعه در برابر خوردگی اضافه نمود که این امر مستلزم صرف هزینه ی بیشتر است. گالوانیزه کردن، پوشش با روی و آبکاری‌های ضدزنگ نیز می‌تواند ریزآلیاژها را در برابر خوردگی محافظت نماید.
گروه‌هایی از ریزآلیاژها با نام «شکل‌پذیری بهبود یافته» (تولید شده با ASTM A۷۱۵ و ASTM A۶۵۶) استحکامی معادل با ۸۰٬۰۰۰ psi دارند، در حالیکه تنها با صرف ۲۴٪ هزینه بیشتر از فولاد کربنی غیرآلیاژی که استحکامی برابر psi ۳۴٬۰۰۰ دارد به این نیرو دست می‌یابیم. چون ریزآلیاژها باید با فلزات دیگر سازه‌ای مانند AISI ۱۰۱۰ و آلومینیم رقابت کنند، باید تا حد امکان ارزان باشند. اما ساختن چنین محصولی تا حد زیادی غیر واقعی است. در محصول نهایی با افزایش و کاهش‌های متعددی روبرو می‌شویم که با توجه به نیاز خود باید مورد مناسب را استفاده کنیم. برای مثال، افزایش قدرت از ۳۵٬۰۰۰ تا ۸۰٬۰۰۰ به کاهش ۳۰ تا ۴۰ درصدی شکل‌پذیری می‌انجامد.
ریزآلیاژهای عنوان شده در بالا اصولاً برای استفاده در صنعت خودرو و به خصوص در قسمت‌هایی ساخته شده‌اند که کاهش وزن بدون از دست دادن قدرت اهمیت دارد. مثلاً قطعات شاسی، سیستم هدایت‌کننده و تعلیق، سپر و لاستیک نمونه‌هایی از استفاده اینگونه ریزآلیاژها در اتومبیل‌های سواری است.
در دستگاه‌هایی همچون جرثقیل، مخلوط کن بتن، ماشین‌های کشاورزی، کامیون‌ها، تریلرها، برج‌های انتقال قدرت، میل‌های ریزآلیاژی با حداقل قدرت ۵۰٬۰۰۰ تا ۷۰٬۰۰۰ استفاده می‌شوند. شکل‌دادن، کنده‌کاری، اره کردن و انجام ماشینکاری‌های دیگر بر روی ریزآلیاژها ۲۵ تا ۳۰ درصد بیشتر از فولادها انرژی می‌برد.
در فولادهای میکرو آلیاژی به دلیل استحکام بالا و فرمپذیری مناسبی که دارند توانسته با روش هیدروفرمینگ که یک روش کشش و فرمینگ ورق است قطعاتی تولید کنند که با حداکثر صرفه جویی در وزن قطعه در عین حال از دقت بالا در ابعاد و ضخامت برخوردارند و با این کار هم وزن نهایی محصول پایین آمده و هم تعداد قطعات حاصل از یک ورق بالا رفته است که از یک طرف باعث صرفهجویی چشمگیری در مصرف فولاد شده است.
مقایسه میکرو آلیاژ با سایر آلیاژی ها
ریزآلیاژها بر خلاف اکثر فولادهای کربنی در مقابل خوردگی مقاومت زیادی دارند. فولادهای کم آلیاژ مستحکم High-Strength Low-Alloy به اختصار HSLA نوعی از آلیاژهای فولاد می‌باشد که خواص مکانیکی بهتر و مقاومت در برابر خوردگی بیشتری نسبت به فولادهای آلیاژی کربن دارند. HSLA با سایر فولادها متفاوت می‌باشند. بدین صورت که آن‌ها صرفاً جهت دارا بودن ترکیب شیمیایی خاصی تولید نمی‌شوند، بلکه برای برخورداری از خاصیت مکانیکی بهتری ساخته می‌شوند.
به سبب استحکام زیار فولادهای کم آلیاژ با مقامت بالای HSLA این گونه فلزات در ساخت قطعات باریک کاربرد گسترده‌ای دارند. در صنایعی که کاهش وزن قطعه در درجه اول اهمیت قرار دارد مانند صنایع خودروسازی، استفاده از HSLA کاربرد بیشتری دارد. استحکام محصولاتی که با فولادهای کم آلیاژ HSLA ساخته می‌شوند، بدون عملیات حرارتی از 415 MPa تا 825 MPa متغیر می‌باشد.
HSLA دارای ترکیب کربن به مقدار ۰٫۰۵ تا ۰٫۲۵ درصد می‌باشد تا شکل‌پذیری و جوش پذیری بهتری داشته باشد. از آلیاژهای دیگر می‌توان به ۲٫۰ درصد منگنز و مقادیر کمی از مس، نیکل، نوبیوم، نیتروژن، وانادیوم، کروم، مولیبدنیوم، تیتانیوم، کلسیم، عناصر کمیاب در زمین و زیرکنیوم اشاره کرد. مس، تیتانیوم، وانادیوم و نوبیوم برای قوی تر کردن فولاد به ان افزوده می‌شوند. این عناصر میکروساختار فولاد کربنی را بهبود می‌بخشند که معمولاً مجموعهٔ آلیاژ آهن و کربن لایه‌ای می‌باشد تا پراکندگی آلیاژ کاربید خوبی تولید کند. این ویژگی باعث از بین رفتن تأثیر کاهش سختی و شکست حجمی آلیاژ آهن و کربن شده و باعث افزایش قدرت ماده به وسیلهٔ تصحبح کردن اندازه دانه می‌شود که در مورد آلیاژ آهن و کربن باعث افزایش قدرت تسلیم آن به میزان ۵۰ درصد در تمامی نیم قطر دانه متوسط می‌شود.
افزایش قدرت به وسیله ته‌نشینی تأثیر کمی در افزایش تسلیم دارد. قدرت شکست HSLA بین ۲۵۰ تا ۵۹۰ مگاپاسکال می‌باشد. به دلیل قدرت و سختی زیاد HSLA ساخت آن‌ها نیازمند ۲۵ تا ۳۰ درصد قدرت بیشتر در مقایسه با فولادهای کربنی می‌باشد.
مس، نیکل، سیلیکون، کروم و فسفر جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی افزوده می‌شوند. زیرکنیوم، کلسیم و عناصر کمیاب در زمین به کنترل شکل به وسیلهٔ افزودن سولفید افزوده می‌شوند تا شکل‌پذیری HSLA را افزایش دهند. این عناصر به این دلیل افزوده می‌شوند که HSLA دارای خواص مختلف در جهات مختلف را دارد. به عنوان مثال، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه در طول و در جهت متقاطع بر آن در دانه تغییرات شدیدی دارد. خم‌هایی که به صورت موازی در طول دانه ایجاد می‌شوند معمولاً در لبه بیرونی باعث شکست می‌شوند زیرا باعث بار کششی می‌شوند.
در خودروها، کامیون‌ها، جرثقیل‌ها، ترن هوایی‌ها و سایر وسایلی که باید نیروهای شدیدی را تحمل کنند یا نسبت قدرت به وزن زیادی داشته باشند از HSLA استفاده می‌شود. مقطع و ساختار HSLA معمولاً ۲۰ تا ۳۰ درصد کم وزن تر از فولاد کربنی با همان قدرت است.
HSLA همچنین در برابر زنگ زدگی مقاومت بیشتری نسبت به فولادهای کربنی دارد زیرا آن‌ها ترکیب آهن و کربن کمتری دارند. معمولاً چگالی HSLA در حدود ۷۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.
در دستگاه‌هایی مانند جرثقیل، مخلوط کن بتن، ماشین‌های کشاورزی، کامیون‌ها، تریلرها، برج‌های انتقال قدرت، میل‌های HSLA با حد اقل قدرت ۵۰۰۰۰ تا ۷۰۰۰۰ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
همچنین در مورد فولادهای کم آلیاژ با قدرت زیاد HSLA می‌توان این نکته را متذکر شد که شکل‌دادن، کنده کاری، اره کردن و انجام سایر ماشین کاری‌ها بر روی این فولادها نیازمند ۲۵ تا ۳۰ درصد انرژی بیشتر در مقایسه با سایر آلیاژهای فولادی می‌باشد.