Anàlisi de la formació i esquerdament de la segregació de fòsfor en acer estructural al carboni
Actualment, les especificacions comunes de les barres i varetes de filferro d'acer estructural al carboni que proporcionen les fàbriques d'acer nacionals són φ5.5-φ45, i el rang més madur és φ6.5-φ30. Hi ha molts accidents de qualitat causats per la segregació de fòsfor en matèries primeres de varetes i barres de filferro de mida petita. Parlem de la influència de la segregació de fòsfor i l'anàlisi de la formació d'esquerdes com a referència.
L'addició de fòsfor al ferro pot tancar corresponentment la regió de la fase austenita en el diagrama de fases ferro-carboni. Per tant, la distància entre el sòlid i el líquidus s'ha d'ampliar. Quan l'acer que conté fòsfor es refreda de líquid a sòlid, ha de passar per un ampli rang de temperatures. La velocitat de difusió del fòsfor en l'acer és lenta. En aquest moment, el ferro fos amb una alta concentració de fòsfor (baix punt de fusió) s'omple en els espais entre les primeres dendrites solidificades, formant així segregació de fòsfor.
En el procés d'extrusió en fred o de capçalera en fred, sovint es veuen productes esquerdats. La inspecció i l'anàlisi metal·logràfica dels productes esquerdats mostra que la ferrita i la perlita es distribueixen en bandes, i es pot veure clarament una tira de ferro blanc a la matriu. A la ferrita, hi ha inclusions de sulfur gris clar en forma de banda intermitents en aquesta matriu de ferrita en forma de banda. Aquesta estructura en forma de banda causada per la segregació del fosfur de sofre s'anomena "línia fantasma". Això es deu al fet que la zona rica en fòsfor a la zona amb una segregació severa de fòsfor apareix blanca i brillant. A causa de l'alt contingut de fòsfor de la corretja blanca i brillant, el contingut de carboni a la corretja blanca i brillant enriquida amb fòsfor es redueix o el contingut de carboni és molt petit. D'aquesta manera, els cristalls columnars de la llosa de colada contínua es desenvolupen cap al centre durant la colada contínua de la corretja enriquida amb fòsfor. Quan el lingot se solidifica, les dendrites d'austenita es precipiten primer a partir de l'acer fos. El fòsfor i el sofre continguts en aquestes dendrites es redueixen, però l'acer fos solidificat final és ric en elements d'impuresa de fòsfor i sofre, que se solidifiquen entre l'eix dendrític. A causa de l'alt contingut de fòsfor i sofre, el sofre formarà sulfur i el fòsfor es dissoldrà a la matriu. No és fàcil de difondre i té l'efecte de descarregar carboni. El carboni no es pot fondre, de manera que al voltant de la solució sòlida de fòsfor (els costats de la banda blanca de ferrita) tenen un contingut de carboni més alt. L'element de carboni a banda i banda del cinturó de ferrita, és a dir, a banda i banda de la zona enriquida amb fòsfor, forma respectivament un cinturó de perlita estret i intermitent paral·lel al cinturó blanc de ferrita, i el teixit normal adjacent se separa. Quan el tocot s'escalfa i es premsa, els eixos s'estendran al llarg de la direcció del processament de laminació. És precisament perquè la banda de ferrita conté un alt contingut de fòsfor, és a dir, la greu segregació de fòsfor condueix a la formació d'una greu estructura de banda de ferrita ampla i brillant, amb ferro evident. Hi ha tires de sulfur de color gris clar a la banda ampla i brillant del cos de l'element. Aquesta banda de ferrita rica en fòsfor amb llargues franges de sulfur és el que comunament anomenem l'organització de "línia fantasma" (vegeu la Figura 1-2).
Figura 1 Cable fantasma en acer al carboni SWRCH35K 200X
Figura 2 Filferro fantasma en acer al carboni pla Q235 500X
Quan l'acer es laminat en calent, sempre que hi hagi segregació de fòsfor a la palanquilla, és impossible obtenir una microestructura uniforme. A més, a causa de la forta segregació de fòsfor, es forma una estructura de "filferro fantasma", que inevitablement reduirà les propietats mecàniques del material.
La segregació de fòsfor en l'acer al carboni és comuna, però el grau és diferent. Quan el fòsfor està severament segregat (apareix l'estructura de "línia fantasma"), això portarà efectes extremadament adversos a l'acer. Òbviament, la segregació severa de fòsfor és la culpable de l'esquerdament del material durant el procés de revestiment en fred. Com que els diferents grans de l'acer tenen un contingut de fòsfor diferent, el material té una resistència i duresa diferents; d'altra banda, també fa que el material produeixi tensions internes, cosa que promourà que el material sigui propens a l'esquerdament intern. En el material amb estructura de "filferro fantasma", és precisament la reducció de la duresa, la resistència, l'elongació després de la fractura i la reducció de l'àrea, especialment la reducció de la tenacitat a l'impacte, el que conduirà a la fragilitat en fred del material, de manera que el contingut de fòsfor i les propietats estructurals de l'acer tenen una relació molt estreta.
Detecció metal·logràfica Al teixit de "línia fantasma" al centre del camp de visió, hi ha un gran nombre de sulfurs allargats de color gris clar. Les inclusions no metàl·liques en l'acer estructural existeixen principalment en forma d'òxids i sulfurs. Segons el GB/T10561-2005 "Mètode d'inspecció microscòpica de la taula de classificació estàndard per al contingut d'inclusions no metàl·liques en l'acer", les inclusions de tipus B es vulcanitzen en aquest moment. El nivell de material arriba a 2,5 i superior. Com tots sabem, les inclusions no metàl·liques són fonts potencials d'esquerdes. La seva existència danyarà greument la continuïtat i la compacitat de la microestructura de l'acer i reduirà considerablement la resistència intergranular de l'acer. D'això es dedueix que la presència de sulfurs a la "línia fantasma" de l'estructura interna de l'acer és la ubicació més probable per a l'esquerdament. Per tant, les esquerdes de forja en fred i les esquerdes de tremp del tractament tèrmic en un gran nombre de llocs de producció de fixacions són causades per un gran nombre de sulfurs prims de color gris clar. L'aparició d'aquests mals teixits destrueix la continuïtat de les propietats metàl·liques i augmenta el risc de tractament tèrmic. El "fil fantasma" no es pot eliminar mitjançant la normalització, etc., i els elements d'impuresa s'han de controlar estrictament des del procés de fosa o abans que les matèries primeres entrin a la fàbrica.
Les inclusions no metàl·liques es divideixen en silicat d'alúmina (tipus A), silicat (tipus C) i òxid esfèric (tipus D) segons la seva composició i deformabilitat. La seva existència talla la continuïtat del metall i es formen clots o esquerdes després del pelat. És molt fàcil formar una font d'esquerdes durant la recalcinació en fred i causar concentració d'estrès durant el tractament tèrmic, donant lloc a esquerdes per tremp. Per tant, les inclusions no metàl·liques s'han de controlar estrictament. Les normes actuals d'acer GB/T700-2006 "Acer estructural al carboni" i GB/T699-2016 "Acer estructural al carboni d'alta qualitat" no estableixen requisits clars per a les inclusions no metàl·liques. Per a les peces importants, les línies gruixudes i fines d'A, B i C generalment no són superiors a 1,5, i les línies gruixudes i fines de D i D no són superiors a 2.
Data de publicació: 21 d'octubre de 2021
