Análise da formación e fisuración da segregación de fósforo no aceiro estrutural de carbono
Na actualidade, as especificacións comúns das barras e varillas de arame de aceiro estrutural ao carbono subministradas polas fábricas de aceiro nacionais son φ5,5-φ45, e o rango máis maduro é φ6,5-φ30. Hai moitos accidentes de calidade causados pola segregación de fósforo en materias primas de varillas e barras de arame de pequeno tamaño. Falemos da influencia da segregación de fósforo e da análise da formación de gretas para a súa referencia.
A adición de fósforo ao ferro pode pechar correspondentemente a rexión da fase austenita no diagrama de fases ferro-carbono. Polo tanto, a distancia entre o sólido e o líquido debe aumentarse. Cando o aceiro que contén fósforo se arrefría de líquido a sólido, necesita pasar por un amplo rango de temperaturas. A velocidade de difusión do fósforo no aceiro é lenta. Neste momento, o ferro fundido cunha alta concentración de fósforo (baixo punto de fusión) énchese nos ocos entre as primeiras dendritas solidificadas, formando así segregación de fósforo.
No proceso de encabezado en frío ou extrusión en frío, adoitan verse produtos rachados. A inspección e análise metalográfica dos produtos rachados mostra que a ferrita e a perlita están distribuídas en bandas e pódese ver claramente unha tira de ferro branco na matriz. Na ferrita, hai inclusións de sulfuro gris claro en forma de banda intermitente nesta matriz de ferrita en forma de banda. Esta estrutura en forma de banda causada pola segregación de fosfuro de xofre chámase "liña pantasma". Isto débese a que a zona rica en fósforo na área con segregación de fósforo severa aparece branca e brillante. Debido ao alto contido de fósforo da cinta branca e brillante, o contido de carbono na cinta branca e brillante enriquecida con fósforo redúcese ou o contido de carbono é moi pequeno. Deste xeito, os cristais columnares da lousa de fundición continua desenvólvense cara ao centro durante a fundición continua da cinta enriquecida con fósforo. Cando o lingote solidifica, as dendritas de austenita precipitan primeiro a partir do aceiro fundido. O fósforo e o xofre contidos nestas dendritas redúcense, pero o aceiro fundido solidificado final é rico en elementos de impureza de fósforo e xofre, que solidifican entre o eixe das dendritas. Debido ao alto contido de fósforo e xofre, o xofre formará sulfuro e o fósforo disolverase na matriz. Non é doado de difundir e ten o efecto de descargar carbono. O carbono non se pode fundir, polo que arredor da solución sólida de fósforo (os lados da banda branca de ferrita) teñen un maior contido de carbono. O elemento de carbono a ambos os dous lados do cinto de ferrita, é dicir, a ambos os dous lados da área enriquecida con fósforo, forman respectivamente un cinto de perlita estreito e intermitente paralelo ao cinto branco de ferrita, e o tecido normal adxacente sepárase. Cando o lingote se quenta e se prensa, os eixes estenderanse ao longo da dirección do procesamento de laminación. É precisamente porque a banda de ferrita contén un alto contido de fósforo, é dicir, a grave segregación de fósforo leva á formación dunha grave estrutura de banda de ferrita ancha e brillante, con ferro evidente. Hai tiras grises claras de sulfuro na banda ancha e brillante do corpo do elemento. Esta banda de ferrita rica en fósforo con longas tiras de sulfuro é o que comunmente chamamos organización de "liña pantasma" (véxase a Figura 1-2).
Figura 1 Arame Ghost en aceiro ao carbono SWRCH35K 200X
Figura 2 Arame Ghost en aceiro carbono liso Q235 500X
Cando o aceiro se lamina en quente, sempre que haxa segregación de fósforo no tocho, é imposible obter unha microestrutura uniforme. Ademais, debido á grave segregación de fósforo, fórmase unha estrutura de "fío pantasma", que inevitablemente reduce as propiedades mecánicas do material.
A segregación de fósforo no aceiro ao carbono é común, pero o grao é diferente. Cando o fósforo está severamente segregado (aparece a estrutura de "liña pantasma"), isto traerá efectos extremadamente adversos para o aceiro. Obviamente, a segregación severa de fósforo é a culpable da fisuración do material durante o proceso de ensamblaxe en frío. Debido a que os diferentes grans do aceiro teñen diferente contido de fósforo, o material ten diferente resistencia e dureza; por outra banda, tamén fai que o material produza tensión interna, o que promoverá que o material sexa propenso a fisuración interna. No material con estrutura de "fío pantasma", é precisamente a redución da dureza, resistencia, alongamento despois da fractura e redución da área, especialmente a redución da tenacidade ao impacto, o que levará á fraxilidade en frío do material, polo que o contido de fósforo e as propiedades estruturais do aceiro teñen unha relación moi estreita.
Detección metalográfica No tecido da "liña pantasma" no centro do campo de visión, hai un gran número de sulfuros alongados de cor gris clara. As inclusións non metálicas no aceiro estrutural existen principalmente en forma de óxidos e sulfuros. Segundo o GB/T10561-2005 "Método de inspección microscópica da táboa de clasificación estándar para o contido de inclusións non metálicas no aceiro", as inclusións de tipo B vulcanízanse neste momento. O nivel de material alcanza 2,5 e superior. Como todos sabemos, as inclusións non metálicas son fontes potenciais de gretas. A súa existencia prexudicará gravemente a continuidade e a compacidade da microestrutura do aceiro e reducirá en gran medida a resistencia intergranular do aceiro. Disto dedúcese que a presenza de sulfuros na "liña pantasma" da estrutura interna do aceiro é o lugar máis probable para a gretación. Polo tanto, as gretas de forxado en frío e as gretas de temple por tratamento térmico nun gran número de plantas de produción de fixadores están causadas por un gran número de sulfuros delgados de cor gris clara. A aparición destes malos tecidos destrúe a continuidade das propiedades dos metais e aumenta o risco de tratamento térmico. O "fío pantasma" non se pode eliminar mediante normalización, etc., e os elementos de impureza deben controlarse estritamente desde o proceso de fusión ou antes de que as materias primas entren na fábrica.
As inclusións non metálicas divídense en silicato de alúmina (tipo A), silicato (tipo C) e óxido esférico (tipo D) segundo a súa composición e deformabilidade. A súa existencia corta a continuidade do metal e, despois do desprendimento, fórmanse pozos ou gretas. É moi doado formar unha fonte de gretas durante o recalcado en frío e causar concentración de tensión durante o tratamento térmico, o que resulta en gretas por temple. Polo tanto, as inclusións non metálicas deben controlarse estritamente. As normas actuais de aceiro GB/T700-2006 "Aceiro estrutural ao carbono" e GB/T699-2016 "Aceiro estrutural ao carbono de alta calidade" non establecen requisitos claros para as inclusións non metálicas. Para as pezas importantes, as liñas grosas e finas de A, B e C xeralmente non superan 1,5, e as liñas grosas e finas de D e D non superan 2.
Data de publicación: 21 de outubro de 2021
