تحلیل تشکیل و ترک خوردگی جدایش فسفر در فولاد سازهای کربنی
در حال حاضر، مشخصات رایج مفتولها و میلههای فولادی سازهای کربنی که توسط کارخانههای فولاد داخلی ارائه میشوند، φ5.5-φ45 است و محدوده کاملتر آن φ6.5-φ30 است. حوادث کیفی زیادی ناشی از جدایش فسفر در مواد اولیه مفتول و میلههای کوچک وجود دارد. بیایید در مورد تأثیر جدایش فسفر و تجزیه و تحلیل تشکیل ترکها برای مرجع شما صحبت کنیم.
افزودن فسفر به آهن میتواند به طور متناظر ناحیه فاز آستنیت را در نمودار فاز آهن-کربن ببندد. بنابراین، فاصله بین سالیدوس و لیکوئیدوس باید افزایش یابد. هنگامی که فولاد حاوی فسفر از مایع به جامد سرد میشود، باید از طیف دمایی وسیعی عبور کند. سرعت انتشار فسفر در فولاد کند است. در این زمان، آهن مذاب با غلظت فسفر بالا (نقطه ذوب پایین) شکافهای بین اولین دندریتهای جامد شده را پر میکند و در نتیجه جدایش فسفر ایجاد میشود.
در فرآیند فورج سرد یا اکستروژن سرد، محصولات ترک خورده اغلب دیده میشوند. بررسی متالوگرافی و تجزیه و تحلیل محصولات ترک خورده نشان میدهد که فریت و پرلیت به صورت نوارهایی توزیع شدهاند و نواری از آهن سفید به وضوح در ماتریس دیده میشود. در فریت، آخالهای سولفید خاکستری روشن نواری شکل متناوب روی این ماتریس فریت نواری شکل وجود دارد. این ساختار نواری شکل که در اثر جدایش فسفید گوگرد ایجاد میشود، "خط شبح" نامیده میشود. دلیل این امر این است که منطقه غنی از فسفر در ناحیهای که دارای جدایش شدید فسفر است، سفید و روشن به نظر میرسد. به دلیل محتوای بالای فسفر در کمربند سفید و روشن، محتوای کربن در کمربند سفید و روشن غنی از فسفر کاهش مییابد یا محتوای کربن بسیار کم است. به این ترتیب، کریستالهای ستونی تخته ریختهگری مداوم در طول ریختهگری مداوم کمربند غنی از فسفر به سمت مرکز توسعه مییابند. . هنگامی که شمش جامد میشود، ابتدا دندریتهای آستنیت از فولاد مذاب رسوب میکنند. فسفر و گوگرد موجود در این دندریتها کاهش مییابند، اما فولاد مذاب جامد شده نهایی غنی از عناصر ناخالصی فسفر و گوگرد است که به دلیل محتوای بالای فسفر و گوگرد، در بین محور دندریت جامد میشوند، گوگرد سولفید تشکیل میدهد و فسفر در ماتریس حل میشود. پخش آن آسان نیست و اثر تخلیه کربن را دارد. کربن نمیتواند ذوب شود، بنابراین در اطراف محلول جامد فسفر (دو طرف نوار سفید فریت) محتوای کربن بالاتری وجود دارد. عنصر کربن در دو طرف کمربند فریت، یعنی در دو طرف ناحیه غنی از فسفر، به ترتیب یک کمربند مروارید باریک و متناوب موازی با کمربند سفید فریت تشکیل میدهند و بافت طبیعی مجاور را از هم جدا میکنند. هنگامی که شمش گرم و فشرده میشود، شفتها در امتداد جهت پردازش نورد امتداد مییابند. دقیقاً به این دلیل است که نوار فریت حاوی فسفر بالایی است، یعنی جداسازی جدی فسفر منجر به تشکیل یک ساختار نوار فریت پهن و روشن جدی میشود، با آهن آشکار. نوارهای خاکستری روشن سولفید در نوار پهن و روشن بدنه عنصر وجود دارد. این نوار فریت غنی از فسفر با نوارهای بلند سولفید، چیزی است که ما معمولاً آن را سازماندهی "خط شبح" مینامیم (شکل 1-2 را ببینید).
شکل 1 سیم شبح از جنس فولاد کربنی SWRCH35K 200X
شکل 2 سیم شبح از جنس فولاد کربنی ساده Q235 500X
وقتی فولاد نورد گرم میشود، تا زمانی که جدایش فسفر در شمش وجود داشته باشد، دستیابی به ریزساختار یکنواخت غیرممکن است. علاوه بر این، به دلیل جدایش شدید فسفر، یک ساختار "سیم شبح" تشکیل شده است که به ناچار خواص مکانیکی ماده را کاهش میدهد.
جدایش فسفر در فولاد کربنی رایج است، اما درجه آن متفاوت است. وقتی فسفر به شدت جدا شود (ساختار "خط شبح" ظاهر شود)، اثرات بسیار نامطلوبی بر فولاد خواهد گذاشت. بدیهی است که جدایش شدید فسفر عامل ترک خوردگی مواد در طول فرآیند فورج سرد است. از آنجا که دانههای مختلف در فولاد محتوای فسفر متفاوتی دارند، ماده استحکام و سختی متفاوتی دارد. از سوی دیگر، این امر همچنین باعث ایجاد تنش داخلی در ماده میشود و آن را مستعد ترک خوردگی داخلی میکند. در مادهای با ساختار "سیم شبح"، دقیقاً کاهش سختی، استحکام، ازدیاد طول پس از شکست و کاهش سطح مقطع، به ویژه کاهش چقرمگی ضربه است که منجر به شکنندگی سرد ماده میشود، بنابراین محتوای فسفر و خواص ساختاری فولاد رابطه بسیار نزدیکی دارند.
تشخیص متالوگرافی در بافت "خط شبح" در مرکز میدان دید، تعداد زیادی سولفید کشیده به رنگ خاکستری روشن وجود دارد. آخالهای غیرفلزی در فولاد سازهای عمدتاً به شکل اکسیدها و سولفیدها وجود دارند. طبق GB/T10561-2005 "روش بازرسی میکروسکوپی نمودار درجهبندی استاندارد برای محتوای آخالهای غیرفلزی در فولاد"، آخالهای نوع B در این زمان ولکانیزه میشوند تا سطح ماده به 2.5 و بالاتر برسد. همانطور که همه ما میدانیم، آخالهای غیرفلزی منابع بالقوه ترک هستند. وجود آنها به پیوستگی و فشردگی ریزساختار فولاد آسیب جدی میرساند و استحکام بین دانهای فولاد را تا حد زیادی کاهش میدهد. از این نتیجه گرفته میشود که وجود سولفیدها در "خط شبح" ساختار داخلی فولاد محتملترین مکان برای ترک خوردن است. بنابراین، ترکهای آهنگری سرد و ترکهای کوئنچ عملیات حرارتی در تعداد زیادی از سایتهای تولید بست، توسط تعداد زیادی سولفید باریک خاکستری روشن ایجاد میشوند. ظهور چنین بافتهای بدی، پیوستگی خواص فلز را از بین میبرد و خطر عملیات حرارتی را افزایش میدهد. «نخ شبح» را نمیتوان با نرمالسازی و غیره از بین برد و عناصر ناخالصی باید از فرآیند ذوب یا قبل از ورود مواد اولیه به کارخانه به شدت کنترل شوند.
آخالهای غیرفلزی بر اساس ترکیب و تغییر شکلپذیریشان به آلومینا (نوع A) سیلیکات (نوع C) و اکسید کروی (نوع D) تقسیم میشوند. وجود آنها پیوستگی فلز را قطع میکند و پس از لایهبرداری، حفرهها یا ترکهایی ایجاد میشود. تشکیل منبع ترک در طول عملیات حرارتی سرد و ایجاد تمرکز تنش در طول عملیات حرارتی و در نتیجه ترک خوردگی ناشی از سرد شدن بسیار آسان است. بنابراین، آخالهای غیرفلزی باید به شدت کنترل شوند. استانداردهای فعلی فولاد GB/T700-2006 "فولاد سازهای کربنی" و GB/T699-2016 "فولاد سازهای کربنی با کیفیت بالا" الزامات روشنی برای آخالهای غیرفلزی تعیین نمیکنند. برای قطعات مهم، خطوط درشت و ریز A، B و C عموماً بیش از 1.5 و خطوط درشت و ریز D و D بیش از 2 نیستند.
زمان ارسال: ۲۱ اکتبر ۲۰۲۱
