تحليل تكوين وتكسير فصل الفوسفور في الفولاذ الهيكلي الكربوني
حاليًا، تتراوح المواصفات الشائعة لقضبان وقضبان أسلاك الفولاذ الهيكلي الكربوني التي تُنتجها مصانع الصلب المحلية بين φ5.5 وφ45، بينما تتراوح المواصفات الأكثر نضجًا بين φ6.5 وφ30. هناك العديد من حوادث الجودة الناتجة عن فصل الفوسفور في المواد الخام لقضبان وقضبان الأسلاك صغيرة الحجم. لنتحدث عن تأثير فصل الفوسفور وتحليل تكوّن الشقوق للرجوع إليها.
يمكن لإضافة الفوسفور إلى الحديد أن تُغلق بالتالي منطقة طور الأوستينيت في مخطط طور الحديد-الكربون. لذلك، يجب توسيع المسافة بين الحالة الصلبة والسائلة. عند تبريد الفولاذ المحتوي على الفوسفور من الحالة السائلة إلى الصلبة، يجب أن يمر عبر نطاق واسع من درجات الحرارة. يكون معدل انتشار الفوسفور في الفولاذ بطيئًا. في هذه الحالة، يُملأ الحديد المنصهر ذو تركيز الفوسفور العالي (درجة انصهار منخفضة) الفراغات بين التشعبات المتحجرة الأولى، مما يُشكل فصل الفوسفور.
في عملية التشكيل البارد أو البثق البارد، غالبًا ما تُرى المنتجات المتشققة. يُظهر الفحص والتحليل المعدني للمنتجات المتشققة أن الفريت والبيرليت موزعان على شكل أشرطة، ويمكن رؤية شريط من الحديد الأبيض بوضوح في المصفوفة. في الفريت، توجد شوائب كبريتيد رمادية فاتحة متقطعة على شكل أشرطة على مصفوفة الفريت هذه. يُطلق على هذا الهيكل الشريطي الناتج عن فصل فوسفيد الكبريت اسم "الخط الشبح". ويرجع ذلك إلى أن المنطقة الغنية بالفوسفور في المنطقة ذات الفصل الشديد للفوسفور تبدو بيضاء وساطعة. نظرًا لارتفاع محتوى الفوسفور في الحزام الأبيض الواطئ، ينخفض محتوى الكربون في الحزام الأبيض الواطئ المُخصب بالفوسفور أو يكون محتوى الكربون فيه ضئيلًا جدًا. وبهذه الطريقة، تتطور البلورات العمودية لبلاط الصب المستمر نحو المركز أثناء الصب المستمر للحزام المُخصب بالفوسفور. عندما يتصلب البليت، تترسب أولاً شجيرات الأوستينيت من الفولاذ المنصهر. يتم تقليل الفوسفور والكبريت الموجودين في هذه الشجيرات، ولكن الفولاذ المنصهر المتصلب النهائي غني بعناصر شوائب الفوسفور والكبريت، والتي تتصلب بين محور الشجيرات، بسبب المحتوى العالي من الفوسفور والكبريت، سيشكل الكبريت كبريتيد، وسيذوب الفوسفور في المصفوفة. ليس من السهل انتشاره وله تأثير تفريغ الكربون. لا يمكن إذابة الكربون، لذلك حول محلول الفوسفور الصلب (جوانب الشريط الأبيض الفريت) تحتوي على نسبة كربون أعلى. عنصر الكربون على جانبي حزام الفريت، أي على جانبي المنطقة المخصبة بالفوسفور، يشكل على التوالي حزام بيرليت ضيق ومتقطع موازٍ لحزام الفريت الأبيض، والأنسجة الطبيعية المجاورة منفصلة. عند تسخين السبيكة وضغطها، تمتد الأعمدة على طول اتجاه عملية الدرفلة. ويرجع ذلك تحديدًا إلى احتواء شريط الفريت على نسبة عالية من الفوسفور، أي أن الفصل الشديد للفوسفور يؤدي إلى تكوين بنية شريط فيريت عريض ولامع، مع وجود حديد واضح. توجد شرائط رمادية فاتحة من الكبريتيد في الشريط العريض واللمع لجسم العنصر. يُطلق على شريط الفريت الغني بالفوسفور مع شرائط طويلة من الكبريتيد عادةً اسم "الخط الشبح" (انظر الشكل 1-2).
الشكل 1 سلك شبح من الفولاذ الكربوني SWRCH35K 200X
الشكل 2 سلك شبح من الفولاذ الكربوني العادي Q235 500X
عند دحرجة الفولاذ على الساخن، طالما استمر فصل الفوسفور في السبيكة، يستحيل الحصول على بنية مجهرية موحدة. علاوة على ذلك، وبسبب الفصل الشديد للفوسفور، تتشكل بنية "سلك شبح"، مما يُضعف حتمًا الخواص الميكانيكية للمادة.
يُعدّ فصل الفوسفور في الفولاذ الكربوني أمرًا شائعًا، ولكن بدرجات متفاوتة. عندما يكون الفصل شديدًا (يظهر هيكل "الخط الشبح")، يُسبب آثارًا سلبية بالغة على الفولاذ. ومن الواضح أن الفصل الشديد للفوسفور هو السبب وراء تشقق المادة أثناء عملية التشكيل البارد. ولأن حبيبات الفولاذ المختلفة تحتوي على محتوى فوسفوري مختلف، فإن المادة تختلف في قوتها وصلابتها؛ ومن ناحية أخرى، فإنها تُسبب إجهادًا داخليًا للمادة، مما يُعرّضها للتشقق الداخلي. في المواد ذات هيكل "الخط الشبح"، فإن انخفاض الصلابة والقوة والاستطالة بعد الكسر وتقلص المساحة، وخاصةً انخفاض مقاومة الصدمات، يؤدي إلى هشاشة المادة في البرد، لذا فإن محتوى الفوسفور والخصائص الهيكلية للفولاذ ترتبط ارتباطًا وثيقًا.
الكشف المعدني: في نسيج "الخط الشبح" في مركز مجال الرؤية، توجد أعداد كبيرة من الكبريتيدات الرمادية الفاتحة الممدودة. توجد الشوائب غير المعدنية في الفولاذ الهيكلي بشكل رئيسي على شكل أكاسيد وكبريتيدات. وفقًا لـ GB/T10561-2005 "طريقة الفحص المجهري لمخطط التصنيف القياسي لمحتوى الشوائب غير المعدنية في الفولاذ"، تُفلكن شوائب النوع B في هذا الوقت، حيث يصل مستوى المادة إلى 2.5 فأكثر. وكما نعلم جميعًا، تُعدّ الشوائب غير المعدنية مصادر محتملة للتشققات. سيؤدي وجودها إلى إتلاف خطير لاستمرارية وتماسك البنية المجهرية للفولاذ، ويقلل بشكل كبير من قوة التصاق حبيباته. يُستنتج من ذلك أن وجود الكبريتيدات في "الخط الشبح" للبنية الداخلية للفولاذ هو الموقع الأكثر احتمالًا للتشقق. لذلك، فإن تشققات التشكيل على البارد وشقوق إخماد المعالجة الحرارية في عدد كبير من مواقع إنتاج المثبتات ناتجة عن وجود كمية كبيرة من الكبريتيدات الرقيقة ذات اللون الرمادي الفاتح. يؤدي ظهور هذه النسج الرديئة إلى إضعاف استمرارية خصائص المعدن وزيادة مخاطر المعالجة الحرارية. لا يمكن إزالة "الخيوط الشبه شفافة" بالتطبيع وما إلى ذلك، ويجب مراقبة الشوائب بدقة بدءًا من عملية الصهر أو قبل دخول المواد الخام إلى المصنع.
تُقسّم الشوائب غير المعدنية إلى ألومينا (النوع أ) وسيليكات (النوع ج) وأكسيد كروي (النوع د) وفقًا لتركيبها وقابليتها للتشوه. وجودها يُعيق استمرارية المعدن، وتتشكل حفر أو شقوق بعد التقشير. من السهل جدًا تكوّن مصدر للتشققات أثناء التكسير البارد، ويسبب تركيز الإجهاد أثناء المعالجة الحرارية، مما يؤدي إلى تشققات الإخماد. لذلك، يجب مراقبة الشوائب غير المعدنية بدقة. لا تُحدد معايير الفولاذ الحالية GB/T700-2006 "الفولاذ الهيكلي الكربوني" وGB/T699-2016 "الفولاذ الهيكلي الكربوني عالي الجودة" متطلبات واضحة للشوائب غير المعدنية. بالنسبة للأجزاء المهمة، لا تتجاوز الخطوط الخشنة والدقيقة للأجزاء A وB وC عادةً 1.5، ولا تتجاوز الخطوط الخشنة والدقيقة للأجزاء D وD 2.
وقت النشر: ٢١ أكتوبر ٢٠٢١
