Analýza tvorby a praskání segregace fosforu v uhlíkové konstrukční oceli
V současné době jsou běžné specifikace drátů a tyčí z uhlíkové konstrukční oceli dodávaných domácími ocelárnami φ5,5-φ45 a starší rozsah je φ6,5-φ30. V důsledku segregace fosforu v malých surovinách pro dráty a tyče dochází k mnoha nehodám způsobeným kvalitou. Pro vaši informaci si povíme o vlivu segregace fosforu a analýze tvorby trhlin.
Přidání fosforu k železu může odpovídajícím způsobem uzavřít oblast austenitu ve fázovém diagramu železo-uhlík. Proto je nutné zvětšit vzdálenost mezi solidusem a likvidem. Když se ocel obsahující fosfor ochlazuje z kapalného do pevného stavu, musí projít širokým teplotním rozmezím. Rychlost difúze fosforu v oceli je pomalá. V tomto okamžiku roztavené železo s vysokou koncentrací fosforu (nízký bod tání) vyplňuje mezery mezi prvními ztuhlými dendrity, čímž vzniká segregace fosforu.
Při procesu tváření za studena nebo protlačování za studena jsou často pozorovány popraskané produkty. Metalografická kontrola a analýza popraskaných produktů ukazuje, že ferit a perlit jsou rozloženy v pásech a v matrici je jasně viditelný proužek bílého železa. Ve feritu se na této pásovité feritové matrici vyskytují přerušované pásovité světle šedé sulfidové inkluze. Tato pásovitá struktura způsobená segregací fosfidu síry se nazývá „linie duchů“. Je to proto, že zóna bohatá na fosfor v oblasti se silnou segregací fosforu se jeví bílá a jasná. Vzhledem k vysokému obsahu fosforu v bílém a lesklém pásu je obsah uhlíku v bílém a lesklém pásu obohaceném fosforem snížený nebo je obsah uhlíku velmi malý. Tímto způsobem se sloupcovité krystaly kontinuálně lité bramy během plynulého odlévání pásu obohaceného fosforem vyvíjejí směrem ke středu. . Po ztuhnutí polotovaru se z roztavené oceli nejprve vysrážejí austenitické dendrity. Fosfor a síra obsažené v těchto dendritech jsou redukovány, ale konečná ztuhlá roztavená ocel je bohatá na nečistoty fosforu a síry, které tuhnou mezi osou dendritů. Vzhledem k vysokému obsahu fosforu a síry síra tvoří sulfid a fosfor se rozpouští v matrici. Není snadné difundovat a má za následek uvolňování uhlíku. Uhlík se nemůže roztavit, takže kolem pevného roztoku fosforu (strany feritového bílého pásu) je vyšší obsah uhlíku. Uhlíkové prvky na obou stranách feritového pásu, tj. na obou stranách oblasti obohacené fosforem, tvoří úzký, přerušovaný perlitový pás rovnoběžný s feritovým bílým pásem a sousední normální tkáň se odděluje. Když se polotovar zahřeje a stlačí, hřídele se budou protahovat podél směru válcování. Právě proto, že feritový pás obsahuje vysoký obsah fosforu, vede silná segregace fosforu k vytvoření silné široké a jasné feritové pásové struktury s viditelným železem. V širokém a jasném pásu tělesa prvku jsou světle šedé proužky sulfidu. Tento feritový pás bohatý na fosfor s dlouhými proužky sulfidu je to, co běžně nazýváme organizací „linie duchů“ (viz obrázek 1-2).
Obrázek 1 Zkoušený drát z uhlíkové oceli SWRCH35K 200X
Obrázek 2 Nerezový drát z hladké uhlíkové oceli Q235 500X
Při válcování oceli za tepla není možné dosáhnout jednotné mikrostruktury, dokud je v polotovaru přítomna segregace fosforu. Navíc v důsledku silné segregace fosforu vzniká struktura „fantomového drátu“, která nevyhnutelně snižuje mechanické vlastnosti materiálu.
Segregace fosforu v uhlíkové oceli je běžná, ale její stupeň se liší. Silná segregace fosforu (objevuje se struktura „duchových linií“) má na ocel extrémně nepříznivé účinky. Silná segregace fosforu je samozřejmě příčinou praskání materiálu během procesu tváření za studena. Vzhledem k tomu, že různá zrna v oceli mají různý obsah fosforu, má materiál různou pevnost a tvrdost; na druhou stranu to také způsobuje vnitřní napětí v materiálu, což zvyšuje jeho náchylnost k vnitřním praskáním. U materiálu se strukturou „duchových linií“ vede ke snížení tvrdosti, pevnosti, prodloužení po lomu a zmenšení plochy, zejména ke snížení rázové houževnatosti, k křehkosti materiálu za studena, takže obsah fosforu a strukturní vlastnosti oceli spolu velmi úzce souvisí.
Metalografická detekce V „fantasy linii“ ve středu zorného pole se nachází velké množství světle šedých protáhlých sulfidů. Nekovové vměstky v konstrukční oceli se vyskytují převážně ve formě oxidů a sulfidů. Podle normy GB/T10561-2005 „Standardní metoda mikroskopické kontroly obsahu nekovových vměstků v oceli“ jsou vměstky typu B v tomto okamžiku vulkanizovány a obsah materiálu dosahuje 2,5 a více. Jak všichni víme, nekovové vměstky jsou potenciálními zdroji trhlin. Jejich existence vážně narušuje kontinuitu a kompaktnost mikrostruktury oceli a výrazně snižuje mezikrystalovou pevnost oceli. Z toho vyplývá, že přítomnost sulfidů v „fantasy linii“ vnitřní struktury oceli je nejpravděpodobnějším místem pro vznik trhlin. Proto jsou trhliny při kování za studena a trhliny při tepelném zpracování ve velkém počtu výrobních závodů spojovacích prvků způsobeny velkým množstvím světle šedých štíhlých sulfidů. Vzhled takových špatných vazeb narušuje kontinuitu vlastností kovu a zvyšuje riziko tepelného zpracování. „Fantomovou nit“ nelze odstranit normalizací atd. a nečistoty by měly být přísně kontrolovány již od procesu tavení nebo před vstupem surovin do továrny.
Nekovové vměstky se podle složení a deformovatelnosti dělí na oxid hlinitý (typ A), křemičitan (typ C) a sférický oxid (typ D). Jejich existence narušuje kontinuitu kovu a po odlupování se tvoří důlky nebo praskliny. Během pěchování za studena se velmi snadno vytvoří zdroj trhlin a během tepelného zpracování se může koncentrovat napětí, což má za následek praskání při kalení. Proto musí být nekovové vměstky přísně kontrolovány. Současné normy pro ocel GB/T700-2006 „Uhlíková konstrukční ocel“ a GB/T699-2016 „Vysoce kvalitní uhlíková konstrukční ocel“ nestanoví jasné požadavky na nekovové vměstky. U důležitých součástí obecně nepřesahují hrubé a jemné linie A, B a C 1,5 a hrubé a jemné linie D a D 2.
Čas zveřejnění: 21. října 2021
