Analiza formiranja i pucanja segregacije fosfora u ugljičnom konstrukcijskom čeliku
Trenutno su uobičajene specifikacije žica i šipki od ugljičnog konstrukcijskog čelika koje isporučuju domaće čeličane φ5,5-φ45, a zreliji raspon je φ6,5-φ30. Postoje mnoge nesreće s kvalitetom uzrokovane segregacijom fosfora u sirovinama za žice i šipke male veličine. Razgovarajmo o utjecaju segregacije fosfora i analizi stvaranja pukotina za vašu referencu.
Dodatak fosfora željezu može na odgovarajući način zatvoriti područje austenitne faze u faznom dijagramu željezo-ugljik. Stoga se udaljenost između solidusa i likvidusa mora povećati. Kada se čelik koji sadrži fosfor hladi iz tekućeg u kruto stanje, mora proći kroz širok temperaturni raspon. Brzina difuzije fosfora u čeliku je spora. U ovom trenutku, rastaljeno željezo s visokom koncentracijom fosfora (niska točka taljenja) popunjava praznine između prvih očvrslih dendrita, čime se stvara segregacija fosfora.
U procesu hladnog sabijanja ili hladne ekstruzije često se vide napuknuti proizvodi. Metalografski pregled i analiza napuknutih proizvoda pokazuje da su ferit i perlit raspoređeni u trakama, a u matrici se jasno vidi traka bijelog željeza. U feritu se na ovoj feritnoj matrici u obliku trake nalaze povremene trakaste inkluzije svijetlosive sulfida. Ova trakasta struktura uzrokovana segregacijom sumpornog fosfida naziva se "linija duha". To je zato što zona bogata fosforom u području s jakom segregacijom fosfora izgleda bijelo i svijetlo. Zbog visokog sadržaja fosfora u bijelom i sjajnom pojasu, sadržaj ugljika u bijelom i sjajnom pojasu obogaćenom fosforom je smanjen ili je sadržaj ugljika vrlo malen. Na taj se način stupčasti kristali ploče kontinuiranog lijevanja razvijaju prema središtu tijekom kontinuiranog lijevanja trake obogaćene fosforom. Kada se gredica skrutne, austenitni dendriti se prvo talože iz rastaljenog čelika. Fosfor i sumpor sadržani u tim dendritima su reducirani, ali konačni skrutnuti rastaljeni čelik bogat je nečistoćama fosfora i sumpora, koji se skrutnjavaju između osi dendrita, zbog visokog sadržaja fosfora i sumpora, sumpor će formirati sulfid, a fosfor će se otopiti u matrici. Nije lako difundirati i ima učinak ispuštanja ugljika. Ugljik se ne može rastopiti, pa oko krute otopine fosfora (strane bijele feritne trake) postoji veći sadržaj ugljika. Ugljični elementi na obje strane feritnog pojasa, odnosno na obje strane područja obogaćenog fosforom, formiraju uski, isprekidani perlitni pojas paralelan s bijelim feritnim pojasom, a susjedno normalno tkivo se odvaja. Kada se gredica zagrijava i preša, osovine će se protezati duž smjera valjanja. Upravo zato što feritna traka sadrži visok sadržaj fosfora, odnosno ozbiljna segregacija fosfora dovodi do stvaranja ozbiljne široke i svijetle feritne strukture traka, s očitim željezom. Postoje svijetlosive trake sulfida u širokom i svijetlom pojasu tijela elementa. Ova feritna vrpca bogata fosforom s dugim sulfidnim trakama je ono što obično nazivamo organizacijom "linije duha" (vidi sliku 1-2).
Slika 1 Žica za fiksiranje u ugljičnom čeliku SWRCH35K 200X
Slika 2. Žica za fiksiranje u običnom ugljičnom čeliku Q235 500X
Prilikom toplog valjanja čelika, sve dok postoji segregacija fosfora u gredici, nemoguće je dobiti ujednačenu mikrostrukturu. Štoviše, zbog jake segregacije fosfora, formira se struktura "fantomske žice", što neizbježno smanjuje mehanička svojstva materijala.
Segregacija fosfora u ugljičnom čeliku je uobičajena, ali stupanj je različit. Kada je fosfor jako segregiran (pojavljuje se struktura "linije duha"), to će imati izuzetno negativne učinke na čelik. Očito je da je jaka segregacija fosfora krivac za pucanje materijala tijekom procesa hladnog savijanja. Budući da različita zrna u čeliku imaju različit sadržaj fosfora, materijal ima različitu čvrstoću i tvrdoću; s druge strane, to također uzrokuje unutarnje naprezanje u materijalu, što će pospješiti sklonost materijalu unutarnjim pucanjima. Kod materijala sa strukturom "linije duha", upravo smanjenje tvrdoće, čvrstoće, istezanja nakon loma i smanjenje površine, posebno smanjenje udarne žilavosti, dovest će do hladne krhkosti materijala, tako da su sadržaj fosfora i strukturna svojstva čelika vrlo blisko povezani.
Metalografska detekcija U tkivu "linije duha" u središtu vidnog polja nalazi se veliki broj svijetlo sivih izduženih sulfida. Nemetalni inkluziji u konstrukcijskom čeliku uglavnom postoje u obliku oksida i sulfida. Prema GB/T10561-2005 "Standardna metoda mikroskopskog pregleda sadržaja nemetalnih inkluzija u čeliku", inkluzije tipa B su u ovom trenutku vulkanizirane. Razina materijala doseže 2,5 i više. Kao što svi znamo, nemetalni inkluziji su potencijalni izvori pukotina. Njihova prisutnost ozbiljno će oštetiti kontinuitet i kompaktnost mikrostrukture čelika te uvelike smanjiti intergranularnu čvrstoću čelika. Iz toga se zaključuje da je prisutnost sulfida u "liniji duha" unutarnje strukture čelika najvjerojatnije mjesto za pukotine. Stoga su pukotine uzrokovane hladnim kovanjem i pukotine uzrokovane toplinskom obradom na velikom broju mjesta proizvodnje pričvršćivača uzrokovane velikim brojem svijetlo sivih vitkih sulfida. Pojava takvih loših tkanja uništava kontinuitet svojstava metala i povećava rizik toplinske obrade. "Fantomska nit" ne može se ukloniti normalizacijom itd., a nečistoće treba strogo kontrolirati od procesa taljenja ili prije nego što sirovine uđu u tvornicu.
Nemetalni inkluziji se prema sastavu i deformabilnosti dijele na aluminijev oksid (tip A), silikat (tip C) i sferni oksid (tip D). Njihova prisutnost prekida kontinuitet metala, a nakon ljuštenja nastaju udubljenja ili pukotine. Vrlo je lako stvoriti izvor pukotina tijekom hladnog sabijanja i uzrokovati koncentraciju naprezanja tijekom toplinske obrade, što rezultira pukotinama pri kaljenju. Stoga se nemetalni inkluziji moraju strogo kontrolirati. Važeći standardi za čelik GB/T700-2006 "Ugljični konstrukcijski čelik" i GB/T699-2016 "Visokokvalitetni ugljični konstrukcijski čelik" ne postavljaju jasne zahtjeve za nemetalne inkluzije. Za važne dijelove, grube i fine linije A, B i C općenito nisu veće od 1,5, a grube i fine linije D i D nisu veće od 2.
Vrijeme objave: 21. listopada 2021.
