কার্বন কাঠামোগত ইস্পাতে ফসফরাস পৃথকীকরণের গঠন এবং ফাটলের বিশ্লেষণ
বর্তমানে, দেশীয় ইস্পাত কারখানাগুলো থেকে সরবরাহ করা কার্বন স্ট্রাকচারাল স্টিলের ওয়্যার রড এবং বারের সাধারণ স্পেসিফিকেশন হলো φ5.5-φ45, এবং φ6.5-φ30 পরিসরটিই বেশি প্রচলিত। ছোট আকারের ওয়্যার রড এবং বারের কাঁচামালে ফসফরাসের পৃথকীকরণের কারণে অনেক গুণগত ত্রুটি ঘটে থাকে। আপনার অবগতির জন্য, আসুন ফসফরাসের পৃথকীকরণের প্রভাব এবং ফাটল সৃষ্টির বিশ্লেষণ নিয়ে আলোচনা করা যাক।
লোহার সাথে ফসফরাস যোগ করলে তা আয়রন-কার্বন ফেজ ডায়াগ্রামে অস্টেনাইট ফেজ অঞ্চলকে সংকুচিত করতে পারে। ফলে, সলিডাস এবং লিকুইডাসের মধ্যবর্তী দূরত্ব অবশ্যই বৃদ্ধি পায়। ফসফরাসযুক্ত ইস্পাত যখন তরল থেকে কঠিন অবস্থায় শীতল হয়, তখন এটিকে একটি বিস্তৃত তাপমাত্রার পরিসরের মধ্য দিয়ে যেতে হয়। ইস্পাতে ফসফরাসের ব্যাপন হার ধীর। এই সময়ে, উচ্চ ফসফরাস ঘনত্বযুক্ত (নিম্ন গলনাঙ্ক) গলিত লোহা প্রথম কঠিনীভূত ডেনড্রাইটগুলোর মধ্যবর্তী ফাঁকগুলো পূরণ করে, যার ফলে ফসফরাস সেগ্রিগেশন তৈরি হয়।
কোল্ড হেডিং বা কোল্ড এক্সট্রুশন প্রক্রিয়ায় প্রায়শই ফাটলযুক্ত পণ্য দেখা যায়। এই ফাটলযুক্ত পণ্যগুলির মেটালোগ্রাফিক পরিদর্শন ও বিশ্লেষণে দেখা যায় যে, ফেরাইট এবং পার্লাইট ব্যান্ড আকারে বিন্যস্ত থাকে এবং ম্যাট্রিক্সের মধ্যে সাদা লোহার একটি স্ট্রিপ স্পষ্টভাবে দেখা যায়। ফেরাইটের মধ্যে, এই ব্যান্ড-আকৃতির ফেরাইট ম্যাট্রিক্সের উপর বিক্ষিপ্ত ব্যান্ড-আকৃতির হালকা ধূসর সালফাইড ইনক্লুশন থাকে। সালফার ফসফাইডের পৃথকীকরণের কারণে সৃষ্ট এই ব্যান্ড-আকৃতির গঠনকে "ঘোস্ট লাইন" বলা হয়। এর কারণ হলো, তীব্র ফসফরাস পৃথকীকরণযুক্ত এলাকার ফসফরাস-সমৃদ্ধ অঞ্চলটি সাদা এবং উজ্জ্বল দেখায়। এই সাদা এবং উজ্জ্বল বেল্টে ফসফরাসের পরিমাণ বেশি থাকার কারণে, এর কার্বনের পরিমাণ কমে যায় বা খুব কম থাকে। এইভাবে, ফসফরাস-সমৃদ্ধ বেল্টের অবিচ্ছিন্ন ঢালাইয়ের সময় অবিচ্ছিন্ন ঢালাই স্ল্যাবের স্তম্ভাকার স্ফটিকগুলি কেন্দ্রের দিকে বিকশিত হয়। যখন বিলেটটি কঠিন হয়, তখন গলিত ইস্পাত থেকে প্রথমে অস্টেনাইট ডেনড্রাইট অধঃক্ষিপ্ত হয়। এই ডেনড্রাইটগুলিতে থাকা ফসফরাস এবং সালফার বিজারিত হয়, কিন্তু চূড়ান্তভাবে জমাট বাঁধা গলিত ইস্পাত ফসফরাস এবং সালফার অপদ্রব্য উপাদানে সমৃদ্ধ থাকে, যা ডেনড্রাইট অক্ষের মধ্যে জমাট বাঁধে। ফসফরাস এবং সালফারের উচ্চ পরিমাণের কারণে, সালফার সালফাইড গঠন করবে এবং ফসফরাস ম্যাট্রিক্সে দ্রবীভূত হবে। এটি সহজে ব্যাপিত হয় না এবং কার্বন নিষ্কাশনের প্রভাব ফেলে। কার্বন গলে যেতে পারে না, তাই ফসফরাস কঠিন দ্রবণের চারপাশে (ফেরাইট সাদা ব্যান্ডের পাশে) কার্বনের পরিমাণ বেশি থাকে। ফেরাইট বেল্টের উভয় পাশের কার্বন উপাদান, অর্থাৎ ফসফরাস-সমৃদ্ধ অঞ্চলের উভয় পাশে, যথাক্রমে ফেরাইট সাদা বেল্টের সমান্তরালে একটি সংকীর্ণ, সবিরাম পার্লাইট বেল্ট গঠন করে এবং সংলগ্ন স্বাভাবিক টিস্যু থেকে পৃথক হয়ে যায়। যখন বিলেটকে উত্তপ্ত এবং চাপ দেওয়া হয়, তখন শ্যাফটগুলি রোলিং প্রক্রিয়াকরণের দিক বরাবর প্রসারিত হবে। যেহেতু ফেরাইট ব্যান্ডে উচ্চ মাত্রায় ফসফরাস থাকে, অর্থাৎ ফসফরাসের গুরুতর পৃথকীকরণের ফলেই একটি গুরুতর প্রশস্ত ও উজ্জ্বল ফেরাইট ব্যান্ড কাঠামো গঠিত হয়, যার মধ্যে মৌলটির প্রশস্ত ও উজ্জ্বল ব্যান্ডের ভেতরে সুস্পষ্ট আয়রন ও সালফাইডের হালকা ধূসর ফালি দেখা যায়। সালফাইডের দীর্ঘ ফালিযুক্ত এই ফসফরাস-সমৃদ্ধ ফেরাইট ব্যান্ডকেই আমরা সাধারণত "ঘোস্ট লাইন" গঠন বলে থাকি (চিত্র ১-২ দেখুন)।
চিত্র ১ কার্বন স্টিল SWRCH35K 200X-এ ঘোস্ট ওয়্যার
চিত্র ২ সাধারণ কার্বন ইস্পাত Q235 500X-এ ঘোস্ট ওয়্যার
স্টিলকে হট রোলিং করার সময়, বিলেটে ফসফরাসের পৃথকীকরণ থাকলে একটি অভিন্ন মাইক্রোস্ট্রাকচার পাওয়া অসম্ভব। অধিকন্তু, তীব্র ফসফরাস পৃথকীকরণের কারণে একটি "ঘোস্ট ওয়্যার" কাঠামো গঠিত হয়, যা অনিবার্যভাবে উপাদানটির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হ্রাস করে।
কার্বন স্টিলে ফসফরাসের পৃথকীকরণ একটি সাধারণ ঘটনা, তবে এর মাত্রা ভিন্ন ভিন্ন হয়। যখন ফসফরাস মারাত্মকভাবে পৃথক হয়ে যায় (অর্থাৎ "ঘোস্ট লাইন" কাঠামো দেখা দেয়), তখন এটি স্টিলের উপর অত্যন্ত ক্ষতিকর প্রভাব ফেলে। স্পষ্টতই, কোল্ড হেডিং প্রক্রিয়ার সময় উপাদানে ফাটল ধরার মূল কারণ হলো ফসফরাসের এই মারাত্মক পৃথকীকরণ। যেহেতু স্টিলের বিভিন্ন দানায় ফসফরাসের পরিমাণ ভিন্ন ভিন্ন হয়, তাই উপাদানটির শক্তি এবং কাঠিন্যও ভিন্ন হয়; অন্যদিকে, এটি উপাদানটির মধ্যে অভ্যন্তরীণ পীড়ন তৈরি করে, যা উপাদানটিকে অভ্যন্তরীণ ফাটলের জন্য আরও বেশি সংবেদনশীল করে তোলে। "ঘোস্ট ওয়্যার" কাঠামোযুক্ত উপাদানে, কাঠিন্য, শক্তি, ভাঙনের পরে প্রসারণ এবং ক্ষেত্রফল হ্রাস পায়, বিশেষ করে ইমপ্যাক্ট টাফনেস কমে যায়, যা উপাদানটির কোল্ড ব্রিটলনেস বা শীতল ভঙ্গুরতার কারণ হয়। সুতরাং, স্টিলের ফসফরাসের পরিমাণ এবং কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যের মধ্যে একটি অত্যন্ত ঘনিষ্ঠ সম্পর্ক রয়েছে।
মেটালোগ্রাফিক সনাক্তকরণে, দৃশ্যক্ষেত্রের কেন্দ্রে অবস্থিত "ঘোস্ট লাইন" টিস্যুতে প্রচুর পরিমাণে হালকা ধূসর রঙের লম্বাটে সালফাইড দেখা যায়। স্ট্রাকচারাল স্টিলে থাকা অধাতব অন্তর্ভুক্তিগুলো প্রধানত অক্সাইড এবং সালফাইড আকারে বিদ্যমান থাকে। GB/T10561-2005 "স্টিলে অধাতব অন্তর্ভুক্তির পরিমাণ নির্ণয়ের জন্য স্ট্যান্ডার্ড গ্রেডিং চার্ট মাইক্রোস্কোপিক পরিদর্শন পদ্ধতি" অনুসারে, টাইপ B অন্তর্ভুক্তিগুলো হলো যখন ভলকানাইজড পদার্থের স্তর ২.৫ বা তার বেশি হয়। আমরা সকলেই জানি যে, অধাতব অন্তর্ভুক্তিগুলো ফাটলের সম্ভাব্য উৎস। এদের উপস্থিতি স্টিলের মাইক্রোস্ট্রাকচারের ধারাবাহিকতা এবং দৃঢ়তাকে মারাত্মকভাবে ক্ষতিগ্রস্ত করে এবং স্টিলের আন্তঃকণা শক্তিকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। এ থেকে অনুমান করা যায় যে, স্টিলের অভ্যন্তরীণ কাঠামোর "ঘোস্ট লাইন"-এ সালফাইডের উপস্থিতিই ফাটল ধরার সবচেয়ে সম্ভাব্য স্থান। অতএব, বহু ফাস্টেনার উৎপাদন কেন্দ্রে কোল্ড ফোর্জিং ফাটল এবং হিট ট্রিটমেন্ট কোয়েনচিং ফাটলের কারণ হলো প্রচুর পরিমাণে হালকা ধূসর সরু সালফাইড। এই ধরনের ত্রুটিপূর্ণ বুননের উপস্থিতি ধাতুর বৈশিষ্ট্যের ধারাবাহিকতা নষ্ট করে এবং হিট ট্রিটমেন্টের ঝুঁকি বাড়িয়ে দেয়। এই "অদৃশ্য সুতা" নর্মালাইজিং ইত্যাদির মাধ্যমে দূর করা যায় না, এবং গলানোর প্রক্রিয়া থেকেই অথবা কাঁচামাল কারখানায় প্রবেশের আগেই অশুদ্ধ উপাদানগুলো কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা উচিত।
অধাতব অন্তর্ভুক্তিসমূহকে তাদের গঠন এবং নমনীয়তা অনুসারে অ্যালুমিনা (টাইপ A), সিলিকেট (টাইপ C) এবং গোলাকার অক্সাইড (টাইপ D) - এই তিন ভাগে ভাগ করা হয়। এদের উপস্থিতি ধাতুর ধারাবাহিকতা নষ্ট করে এবং খোসা ছাড়ানোর পর গর্ত বা ফাটল তৈরি হয়। কোল্ড আপসেটিং-এর সময় এটি খুব সহজেই ফাটলের উৎস তৈরি করতে পারে এবং হিট ট্রিটমেন্টের সময় স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশন ঘটাতে পারে, যার ফলে কোয়েনচিং ক্র্যাকিং হয়। তাই, অধাতব অন্তর্ভুক্তিসমূহ কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা আবশ্যক। বর্তমান স্টিল স্ট্যান্ডার্ড GB/T700-2006 "কার্বন স্ট্রাকচারাল স্টিল" এবং GB/T699-2016 "উচ্চ-মানের কার্বন স্ট্রাকচারাল স্টিল"-এ অধাতব অন্তর্ভুক্তিসমূহের জন্য কোনো স্পষ্ট প্রয়োজনীয়তা উল্লেখ করা নেই। গুরুত্বপূর্ণ অংশগুলির জন্য, A, B, এবং C-এর স্থূল ও সূক্ষ্ম রেখা সাধারণত ১.৫-এর বেশি হয় না এবং D ও Ds-এর স্থূল ও সূক্ষ্ম রেখা ২-এর বেশি হয় না।
পোস্ট করার সময়: ২১-অক্টোবর-২০২১
