Analiza formiranja i pucanja segregacije fosfora u ugljičnom konstrukcijskom čeliku
Trenutno, uobičajene specifikacije žica i šipki od ugljičnog konstrukcijskog čelika koje isporučuju domaće čeličane su φ5,5-φ45, a stariji raspon je φ6,5-φ30. Postoje mnoge nesreće s kvalitetom uzrokovane segregacijom fosfora u sirovinama za žice i šipke male veličine. Razgovarajmo o utjecaju segregacije fosfora i analizi stvaranja pukotina za vašu referencu.
Dodavanje fosfora željezu može na odgovarajući način zatvoriti područje austenitne faze u faznom dijagramu željezo-ugljik. Stoga se udaljenost između solidusa i likvidusa mora povećati. Kada se čelik koji sadrži fosfor hladi iz tekućeg u čvrsto stanje, mora proći kroz širok temperaturni raspon. Brzina difuzije fosfora u čeliku je spora. U ovom trenutku, rastopljeno željezo s visokom koncentracijom fosfora (niska tačka topljenja) popunjava praznine između prvih očvrslih dendrita, čime se formira segregacija fosfora.
U procesu hladnog sabijanja ili hladne ekstruzije često se vide napukli proizvodi. Metalografski pregled i analiza napuklih proizvoda pokazuje da su ferit i perlit raspoređeni u trakama, a traka bijelog željeza se jasno vidi u matrici. U feritu se na ovoj feritnoj matrici u obliku trake nalaze isprekidane trakaste svijetlosive sulfidne inkluzije. Ova trakasta struktura uzrokovana segregacijom sumpornog fosfida naziva se "linija duha". To je zato što zona bogata fosforom u području s jakom segregacijom fosfora izgleda bijelo i svijetlo. Zbog visokog sadržaja fosfora u bijelom i sjajnom pojasu, sadržaj ugljika u bijelom i sjajnom pojasu obogaćenom fosforom je smanjen ili je sadržaj ugljika vrlo mali. Na taj način, stupčasti kristali ploče kontinuiranog lijevanja razvijaju se prema centru tokom kontinuiranog lijevanja trake obogaćene fosforom. Kada se gredica stvrdne, austenitni dendriti se prvo talože iz rastopljenog čelika. Fosfor i sumpor koji se nalaze u ovim dendritima su reducirani, ali konačni očvrsli rastaljeni čelik je bogat nečistoćama fosfora i sumpora, koji se stvrdnjavaju između osi dendrita. Zbog visokog sadržaja fosfora i sumpora, sumpor će formirati sulfid, a fosfor će se rastvoriti u matrici. Nije lako difuzirati i ima efekat ispuštanja ugljika. Ugljik se ne može rastopiti, tako da oko čvrstog rastvora fosfora (strane bijele feritne trake) postoji veći sadržaj ugljika. Ugljični elementi na obje strane feritnog pojasa, odnosno na obje strane područja obogaćenog fosforom, formiraju uski, isprekidani perlitni pojas paralelan s bijelim feritnim pojasom, a susjedno normalno tkivo se odvaja. Kada se gredica zagrijava i presuje, osovine će se protezati duž smjera valjanja. Upravo zato što feritni pojas sadrži visok sadržaj fosfora, ozbiljna segregacija fosfora dovodi do formiranja ozbiljne široke i svijetle feritne trakaste strukture, s očiglednim željezom. Postoje svijetlosive trake sulfida u širokom i svijetlom pojasu tijela elementa. Ova feritna traka bogata fosforom s dugim sulfidnim trakama je ono što obično nazivamo organizacijom "linije duha" (vidi sliku 1-2).
Slika 1 Žica za fiksiranje u ugljičnom čeliku SWRCH35K 200X
Slika 2 Žica za fiksiranje u običnom ugljičnom čeliku Q235 500X
Prilikom toplovaljanja čelika, sve dok postoji segregacija fosfora u gredici, nemoguće je dobiti ujednačenu mikrostrukturu. Štaviše, zbog jake segregacije fosfora, formira se struktura "fantomske žice", što neminovno smanjuje mehanička svojstva materijala.
Segregacija fosfora u ugljičnom čeliku je uobičajena, ali stepen je različit. Kada je fosfor jako segregiran (pojavljuje se struktura "linije duha"), to će imati izuzetno negativne efekte na čelik. Očigledno je da je jaka segregacija fosfora uzrok pucanja materijala tokom procesa hladnog savijanja. Budući da različita zrna u čeliku imaju različit sadržaj fosfora, materijal ima različitu čvrstoću i tvrdoću; s druge strane, to također uzrokuje unutrašnje naprezanje u materijalu, što će doprinijeti sklonosti materijala ka unutrašnjim pucanjima. Kod materijala sa strukturom "linije duha", upravo smanjenje tvrdoće, čvrstoće, izduženja nakon loma i smanjenje površine, posebno smanjenje udarne žilavosti, dovest će do hladne krtosti materijala, tako da su sadržaj fosfora i strukturna svojstva čelika vrlo blisko povezani.
Metalografska detekcija U tkivu "fantomske linije" u središtu vidnog polja nalazi se veliki broj svijetlo sivih izduženih sulfida. Nemetalni inkluziji u konstrukcijskom čeliku uglavnom postoje u obliku oksida i sulfida. Prema GB/T10561-2005 "Standardna metoda mikroskopskog pregleda sadržaja nemetalnih inkluzija u čeliku", inkluzije tipa B su u ovom trenutku vulkanizirane. Nivo materijala dostiže 2,5 i više. Kao što svi znamo, nemetalni inkluziji su potencijalni izvori pukotina. Njihovo prisustvo će ozbiljno oštetiti kontinuitet i kompaktnost mikrostrukture čelika i značajno smanjiti intergranularnu čvrstoću čelika. Iz ovoga se zaključuje da je prisustvo sulfida u "fantomskoj liniji" unutrašnje strukture čelika najvjerovatnije mjesto za pucanje. Stoga su pukotine nastale hladnim kovanjem i pukotine nastale termičkom obradom prilikom kaljenja na velikom broju mjesta proizvodnje pričvršćivača uzrokovane velikim brojem svijetlo sivih vitkih sulfida. Pojava takvih loših tkanja uništava kontinuitet svojstava metala i povećava rizik od termičke obrade. "Fantomska nit" se ne može ukloniti normalizacijom itd., a nečistoće treba strogo kontrolisati od procesa topljenja ili prije nego što sirovine uđu u fabriku.
Nemetalni inkluziji se dijele na aluminijum-oksid (tip A), silikat (tip C) i sferni oksid (tip D) prema njihovom sastavu i deformabilnosti. Njihovo prisustvo prekida kontinuitet metala, a nakon ljuštenja se formiraju udubljenja ili pukotine. Vrlo je lako formirati izvor pukotina tokom hladnog sabijanja i uzrokovati koncentraciju napona tokom termičke obrade, što rezultira pucanjem usljed gašenja. Stoga se nemetalni inkluziji moraju strogo kontrolisati. Važeći standardi za čelik GB/T700-2006 "Ugljični konstrukcijski čelik" i GB/T699-2016 "Visokokvalitetni ugljični konstrukcijski čelik" ne postavljaju jasne zahtjeve za nemetalne inkluzije. Za važne dijelove, grube i fine linije A, B i C uglavnom nisu veće od 1,5, a grube i fine linije D i D nisu veće od 2.
Vrijeme objave: 21. oktobar 2021.
