Análisis de la formación y el agrietamiento de la segregación de fósforo en acero estructural al carbono
Actualmente, las especificaciones comunes de las varillas y barras de acero estructural al carbono que ofrecen las acerías nacionales son de φ5,5 a φ45, y el rango más maduro es de φ6,5 a φ30. Existen numerosos accidentes de calidad causados por la segregación de fósforo en las materias primas de varillas y barras de pequeño tamaño. A continuación, analizaremos la influencia de la segregación de fósforo y el análisis de la formación de grietas como referencia.
La adición de fósforo al hierro puede, en consecuencia, cerrar la región de la fase austenítica en el diagrama de fases hierro-carbono. Por lo tanto, es necesario aumentar la distancia entre el estado sólido y el líquido. Al enfriar el acero fosforado, este debe atravesar un amplio rango de temperaturas. La velocidad de difusión del fósforo en el acero es lenta. En este momento, el hierro fundido con alta concentración de fósforo (bajo punto de fusión) rellena los espacios entre las primeras dendritas solidificadas, lo que genera segregación de fósforo.
En los procesos de estampación en frío o extrusión en frío, es frecuente observar productos agrietados. La inspección metalográfica y el análisis de estos productos muestran que la ferrita y la perlita se distribuyen en bandas, y se puede apreciar claramente una franja de hierro blanco en la matriz. En la ferrita, se observan inclusiones intermitentes de sulfuro de color gris claro en forma de banda sobre esta matriz. Esta estructura en forma de banda, causada por la segregación de fosfuro de azufre, se denomina "línea fantasma". Esto se debe a que la zona rica en fósforo, en el área con una segregación severa de fósforo, se ve blanca y brillante. Debido al alto contenido de fósforo de la banda blanca y brillante, el contenido de carbono en dicha banda se reduce o es muy bajo. De esta manera, los cristales columnares del desbaste de colada continua se desarrollan hacia el centro durante la colada continua de la banda enriquecida en fósforo. Cuando la palanquilla se solidifica, las dendritas de austenita se precipitan primero del acero fundido. El fósforo y el azufre contenidos en estas dendritas se reducen, pero el acero fundido solidificado final es rico en elementos de impurezas de fósforo y azufre, que se solidifican en Entre el eje de la dendrita, debido al alto contenido de fósforo y azufre, el azufre formará sulfuro y el fósforo se disolverá en la matriz. No es fácil de difundir y tiene el efecto de descargar carbono. El carbono no se puede fundir, por lo que alrededor de la solución sólida de fósforo (los lados de la banda blanca de ferrita) tienen un mayor contenido de carbono. El elemento de carbono en ambos lados de la correa de ferrita, es decir, en ambos lados del área enriquecida con fósforo, forma respectivamente una correa de perlita estrecha e intermitente paralela a la correa blanca de ferrita, y el tejido normal adyacente Separar. Cuando la palanquilla se calienta y se prensa, los ejes se extenderán a lo largo de la dirección de procesamiento de laminación. Precisamente porque la banda de ferrita contiene un alto contenido de fósforo, la importante segregación de fósforo conduce a la formación de una estructura de banda de ferrita amplia y brillante, con hierro visible. Existen franjas de sulfuro de color gris claro en la banda ancha y brillante del cuerpo del elemento. Esta banda de ferrita rica en fósforo, con largas franjas de sulfuro, es lo que comúnmente llamamos la organización de "línea fantasma" (véase la Figura 1-2).
Figura 1 Alambre fantasma en acero al carbono SWRCH35K 200X
Figura 2 Alambre fantasma en acero al carbono simple Q235 500X
Durante el laminado en caliente del acero, mientras exista segregación de fósforo en la palanquilla, es imposible obtener una microestructura uniforme. Además, debido a la severa segregación de fósforo, se forma una estructura de "alambre fantasma", que inevitablemente reduce las propiedades mecánicas del material.
La segregación de fósforo en el acero al carbono es común, pero varía en grado. Cuando el fósforo está severamente segregado (aparece la estructura de "línea fantasma"), esto tiene efectos extremadamente adversos para el acero. Obviamente, esta segregación severa de fósforo es la causa del agrietamiento del material durante el proceso de estampación en frío. Dado que los diferentes granos del acero tienen diferente contenido de fósforo, el material presenta diferente resistencia y dureza; por otro lado, también genera tensión interna, lo que lo hace propenso al agrietamiento interno. En los materiales con estructura de "alambre fantasma", es precisamente la reducción de la dureza, la resistencia, la elongación tras la fractura y la reducción del área, especialmente la reducción de la tenacidad al impacto, lo que conduce a la fragilidad en frío del material. Por lo tanto, el contenido de fósforo y las propiedades estructurales del acero tienen una estrecha relación.
Detección metalográfica. En el tejido de la "línea fantasma", en el centro del campo de visión, se observa una gran cantidad de sulfuros alargados de color gris claro. Las inclusiones no metálicas en el acero estructural se presentan principalmente en forma de óxidos y sulfuros. Según la norma GB/T10561-2005 "Método de inspección microscópica de la tabla de clasificación estándar para el contenido de inclusiones no metálicas en acero", las inclusiones de tipo B se vulcanizan en este momento. El nivel de material alcanza 2,5 o superior. Como es sabido, las inclusiones no metálicas son fuentes potenciales de grietas. Su presencia perjudica gravemente la continuidad y la compacidad de la microestructura del acero y reduce considerablemente su resistencia intergranular. De ello se deduce que la presencia de sulfuros en la "línea fantasma" de la estructura interna del acero es el lugar más probable para la aparición de grietas. Por lo tanto, las grietas por forja en frío y por temple térmico en un gran número de plantas de producción de fijaciones se deben a una gran cantidad de sulfuros delgados de color gris claro. La aparición de estas tramas deficientes perjudica la continuidad de las propiedades del metal y aumenta el riesgo de tratamiento térmico. El "hilo fantasma" no puede eliminarse mediante normalización, etc., y las impurezas deben controlarse estrictamente desde el proceso de fundición o antes de que las materias primas entren en la fábrica.
Las inclusiones no metálicas se dividen en alúmina (tipo A), silicato (tipo C) y óxido esférico (tipo D) según su composición y deformabilidad. Su presencia interrumpe la continuidad del metal y se forman picaduras o grietas tras el desprendimiento. Es muy fácil que se formen focos de grietas durante el recalcado en frío y que se concentren las tensiones durante el tratamiento térmico, lo que resulta en agrietamiento por temple. Por lo tanto, las inclusiones no metálicas deben controlarse estrictamente. Las normas actuales GB/T700-2006 "Acero estructural al carbono" y GB/T699-2016 "Acero estructural al carbono de alta calidad" no establecen requisitos claros para las inclusiones no metálicas. Para piezas importantes, las líneas gruesas y finas de A, B y C generalmente no superan 1,5, y las líneas gruesas y finas de D y D no superan 2.
Hora de publicación: 21 de octubre de 2021
