Анализ на образуването и напукването на сегрегацията на фосфор в конструкционна въглеродна стомана
В момента общите спецификации на въглеродни конструкционни стоманени пръти и пръти, предлагани от местните стоманодобивни заводи, са φ5.5-φ45, а по-зрелият диапазон е φ6.5-φ30. Има много качествени инциденти, причинени от сегрегация на фосфор в малки по размер суровини за валц пръти и пръти. Нека поговорим за влиянието на сегрегацията на фосфор и анализа на образуването на пукнатини за ваша справка.
Добавянето на фосфор към желязото може съответно да затвори областта на аустенитната фаза във фазовата диаграма желязо-въглерод. Следователно, разстоянието между солидуса и ликвидуса трябва да се увеличи. Когато фосфорсъдържащата стомана се охлажда от течно в твърдо състояние, тя трябва да премине през широк температурен диапазон. Скоростта на дифузия на фосфора в стоманата е бавна. В този момент разтопено желязо с висока концентрация на фосфор (ниска точка на топене) запълва празнините между първите втвърдени дендрити, като по този начин образува сегрегация на фосфор.
При процеса на студено леене или студено екструдиране често се наблюдават напукани продукти. Металографският контрол и анализ на напуканите продукти показват, че феритът и перлитът са разпределени на ленти, а в матрицата ясно се вижда лента от бяло желязо. Във ферита върху тази лентова феритна матрица има прекъснати лентовидни светлосиви сулфидни включвания. Тази лентова структура, причинена от сегрегацията на серен фосфид, се нарича "линия призрак". Това е така, защото богатата на фосфор зона в областта със силна сегрегация на фосфор изглежда бяла и светла. Поради високото съдържание на фосфор в бялата и светла лента, съдържанието на въглерод в обогатената с фосфор бяла и светла лента е намалено или съдържанието на въглерод е много малко. По този начин, колоновидните кристали на непрекъснато леената плоча се развиват към центъра по време на непрекъснатото леене на обогатената с фосфор лента. Когато заготовката се втвърди, от разтопената стомана първо се утаяват аустенитни дендрити. Фосфорът и сярата, съдържащи се в тези дендрити, са намалени, но крайната втвърдена разтопена стомана е богата на примеси от фосфор и сяра, които се втвърдяват между оста на дендритите. Поради високото съдържание на фосфор и сяра, сярата ще образува сулфид, а фосфорът ще се разтвори в матрицата. Тя не дифузира лесно и има ефект на отделяне на въглерод. Въглеродът не може да се разтопи, така че около твърдия разтвор на фосфора (страните на феритната бяла лента) има по-високо съдържание на въглерод. Въглеродните елементи от двете страни на феритната лента, т.е. от двете страни на обогатената с фосфор област, съответно образуват тясна, прекъсваща перлитна лента, успоредна на феритната бяла лента, и съседната нормална тъкан се разделя. Когато заготовката се нагрее и пресова, валовете ще се разтегнат по посока на валцоване. Именно защото феритната лента съдържа високо количество фосфор, значителната сегрегация на фосфора води до образуването на сериозна широка и ярка феритна лентова структура с видимо желязо. В широката и ярка лента на тялото на елемента има светлосиви ленти от сулфид. Тази богата на фосфор феритна лента с дълги сулфидни ивици е това, което обикновено наричаме организация на „линия-призрак“ (вижте Фигура 1-2).
Фигура 1 Тел тип „призрак“ от въглеродна стомана SWRCH35K 200X
Фигура 2 Тел тип „ghost“ от обикновена въглеродна стомана Q235 500X
При горещовалцуване на стомана, докато в заготовката има сегрегация на фосфор, е невъзможно да се получи равномерна микроструктура. Освен това, поради силната сегрегация на фосфор, се образува структура на „фантомна тел“, което неизбежно намалява механичните свойства на материала.
Сегрегацията на фосфор във въглеродната стомана е често срещана, но степента е различна. Когато фосфорът е силно сегрегиран (появява се структурата на "призрачната линия"), това ще има изключително неблагоприятни последици за стоманата. Очевидно е, че силната сегрегация на фосфор е причината за напукване на материала по време на процеса на студено формоване. Тъй като различните зърна в стоманата имат различно съдържание на фосфор, материалът има различна якост и твърдост; от друга страна, това също така води до вътрешно напрежение в материала, което ще го направи по-склонен към вътрешни напуквания. При материала със структура "призрачна тел", именно намаляването на твърдостта, якостта, удължението след счупване и намаляването на площта, особено намаляването на ударната жилавост, ще доведе до студенокрехкост на материала, така че съдържанието на фосфор и структурните свойства на стоманата са много тясно свързани.
Металографско откриване. В тъканта на "призрачната линия" в центъра на зрителното поле има голям брой светлосиви удължени сулфиди. Неметалните включвания в конструкционната стомана съществуват главно под формата на оксиди и сулфиди. Съгласно GB/T10561-2005 "Стандартен метод за микроскопско изследване на съдържанието на неметални включвания в стомана", включванията тип B се вулканизират в този момент. Нивото на материала достига 2,5 и повече. Както всички знаем, неметалните включвания са потенциални източници на пукнатини. Тяхното наличие сериозно ще увреди непрекъснатостта и компактността на микроструктурата на стоманата и значително ще намали междукристалната якост на стоманата. От това се заключава, че наличието на сулфиди във "призрачната линия" на вътрешната структура на стоманата е най-вероятното място за напукване. Следователно, пукнатините от студено коване и пукнатините от термична обработка при закаляване в голям брой производствени площадки на крепежни елементи са причинени от голям брой светлосиви тънки сулфиди. Появата на такива лоши сплитки разрушава непрекъснатостта на свойствата на метала и увеличава риска от термична обработка. „Призрачната нишка“ не може да бъде отстранена чрез нормализиране и др., а примесите трябва да бъдат стриктно контролирани от процеса на топене или преди суровините да влязат във фабриката.
Неметалните включвания се разделят на алуминиев оксид (тип A), силикат (тип C) и сферичен оксид (тип D) според техния състав и деформируемост. Тяхното наличие прекъсва непрекъснатостта на метала и след обелване се образуват вдлъбнатини или пукнатини. Много лесно е да се образува източник на пукнатини по време на студено опъване и да се предизвика концентрация на напрежение по време на термична обработка, което води до пукнатини от закаляване. Следователно, неметалните включвания трябва да бъдат строго контролирани. Настоящите стандарти за стомана GB/T700-2006 „Въглеродна конструкционна стомана“ и GB/T699-2016 „Висококачествена въглеродна конструкционна стомана“ не поставят ясни изисквания за неметалните включвания. За важни части, грубите и фините линии на A, B и C обикновено не са повече от 1,5, а грубите и фините линии на D и D не са повече от 2.
Време на публикуване: 21 октомври 2021 г.
