Analyse af dannelse og revnedannelse af fosforseparation i kulstofkonstruktionsstål
I øjeblikket er de almindelige specifikationer for ståltrådsstænger og -stænger af kulstofkonstruktionsstål, der leveres af indenlandske stålværker, φ5,5-φ45, og det mere modne område er φ6,5-φ30. Der er mange kvalitetsulykker forårsaget af fosforseparation i små råmaterialer af trådstænger og -stænger. Lad os tale om indflydelsen af fosforseparation og analysen af dannelsen af revner til din reference.
Tilsætning af fosfor til jern kan tilsvarende lukke austenitfaseområdet i jern-kulstof-fasediagrammet. Derfor skal afstanden mellem solidus og liquidus forstørres. Når fosforholdigt stål afkøles fra flydende til fast stof, skal det passere gennem et bredt temperaturområde. Diffusionshastigheden af fosfor i stål er langsom. På dette tidspunkt fyldes mellemrummene mellem de først størknede dendritter med smeltet jern med en høj fosforkoncentration (lavt smeltepunkt), hvorved der dannes fosforseparation.
I koldstøbnings- eller koldekstruderingsprocessen ses ofte revnede produkter. Den metallografiske inspektion og analyse af de revnede produkter viser, at ferrit og perlit er fordelt i bånd, og en strimmel af hvidt jern kan tydeligt ses i matrixen. I ferritten er der intermitterende båndformede lysegrå sulfidindeslutninger på denne båndformede ferritmatrix. Denne båndformede struktur forårsaget af segregering af svovlphosphid kaldes "spøgelseslinje". Dette skyldes, at den fosforrige zone i området med alvorlig fosforsegrebning fremstår hvid og lys. På grund af det høje fosforindhold i det hvide og blanke bælte reduceres kulstofindholdet i det fosforberigede hvide og blanke bælte, eller kulstofindholdet er meget lille. På denne måde udvikles de søjleformede krystaller i den kontinuerlige støbeplade mod midten under den kontinuerlige støbning af det fosforberigede bælte. Når barren størkner, udfældes austenitdendritter først fra det smeltede stål. Fosfor og svovl i disse dendritter reduceres, men det endelige størknede smeltede stål er rigt på fosfor- og svovlurenheder, som størkner mellem dendritakserne. På grund af det høje indhold af fosfor og svovl vil svovl danne sulfid, og fosfor vil blive opløst i matrixen. Det diffunderer ikke let og har den effekt, at det udskiller kulstof. Kulstof kan ikke smeltes ind, så der er et højere kulstofindhold omkring den faste fosforopløsning (siderne af det hvide ferritbånd). Kulstofelementet på begge sider af ferritbæltet, dvs. på begge sider af det fosforberigede område, danner et smalt, intermitterende perlitbælte parallelt med det hvide ferritbånd og det tilstødende normale væv adskilles. Når barren opvarmes og presses, vil akslerne strække sig langs valseretningen. Det er netop fordi ferritbåndet indeholder et højt fosforindhold, dvs. den alvorlige fosforseparation fører til dannelsen af en alvorlig bred og lys ferritbåndstruktur med tydeligt jern. Der er lysegrå strimler af sulfid i det brede og lysende bånd af elementlegemet. Dette fosforrige ferritbånd med lange strimler af sulfid er det, vi almindeligvis kalder "spøgelseslinje"-organisationen (se figur 1-2).
Figur 1 Spøgelsestråd i kulstofstål SWRCH35K 200X
Figur 2 Spøgelsestråd i blankt kulstofstål Q235 500X
Når stål varmvalses, er det umuligt at opnå en ensartet mikrostruktur, så længe der er fosforseparation i barren. Desuden er der på grund af kraftig fosforseparation dannet en "spøgelsestrådsstruktur", som uundgåeligt vil reducere materialets mekaniske egenskaber.
Fosforseglning i kulstofstål er almindelig, men graden er forskellig. Når fosforet er kraftigt separeret (der opstår en "spøgelseslinje"-struktur), vil det have ekstremt negative virkninger på stålet. Den kraftige fosforseglning er naturligvis årsagen til materialets revner under koldpressningsprocessen. Fordi forskellige korn i stål har forskelligt fosforindhold, har materialet forskellig styrke og hårdhed; på den anden side vil det også forårsage indre spændinger i materialet, hvilket vil gøre materialet mere tilbøjeligt til indre revner. I materialer med "spøgelsestråd"-struktur er det netop reduktionen af hårdhed, styrke, brudforlængelse og reduktion af areal, især reduktionen af slagfasthed, der vil føre til materialets koldskørhed, så fosforindholdet og stålets strukturelle egenskaber er meget tæt forbundet.
Metallografisk detektion I "spøgelseslinjen"-vævet i midten af synsfeltet er der et stort antal lysegrå, aflange sulfider. De ikke-metalliske indeslutninger i konstruktionsstål findes hovedsageligt i form af oxider og sulfider. I henhold til GB/T10561-2005 "Standard Grading Chart Microscopic Inspection Method for the Content of Non-metallic Inclusions in Steel" vulkaniseres type B-indeslutninger på dette tidspunkt. Materialeniveauet når 2,5 og derover. Som vi alle ved, er ikke-metalliske indeslutninger potentielle kilder til revner. Deres tilstedeværelse vil alvorligt skade stålets mikrostrukturs kontinuitet og kompakthed og reducere stålets intergranulære styrke betydeligt. Det udledes heraf, at tilstedeværelsen af sulfider i "spøgelseslinjen" i stålets indre struktur er det mest sandsynlige sted for revner. Derfor er koldsmedningsrevner og varmebehandlingsrevner på et stort antal produktionssteder for fastgørelseselementer forårsaget af et stort antal lysegrå, slanke sulfider. Fremkomsten af sådanne dårlige vævninger ødelægger kontinuiteten af metalegenskaberne og øger risikoen for varmebehandling. "Spøgelsestråden" kan ikke fjernes ved normalisering osv., og urenheder bør kontrolleres strengt fra smelteprocessen eller før råmaterialerne kommer ind på fabrikken.
Ikke-metalliske indeslutninger er opdelt i aluminiumoxid (type A), silikat (type C) og sfærisk oxid (type D) alt efter deres sammensætning og deformerbarhed. Deres tilstedeværelse afskærer metallets kontinuitet, og der dannes huller eller revner efter afskalning. Det er meget let at danne en kilde til revner under kuldeforstyrrelser og forårsage spændingskoncentration under varmebehandling, hvilket resulterer i hæmmende revner. Derfor skal ikke-metalliske indeslutninger kontrolleres strengt. De nuværende stålstandarder GB/T700-2006 "Carbon Structural Steel" og GB/T699-2016 "High-quality Carbon Structural Steel" stiller ikke klare krav til ikke-metalliske indeslutninger. For vigtige dele er de grove og fine linjer for A, B og C generelt ikke mere end 1,5, og de grove og fine linjer for D og D er ikke mere end 2.
Opslagstidspunkt: 21. oktober 2021
