Foszforkiválasztás képződésének és repedésének elemzése szén szerkezeti acélban
Jelenleg a hazai acélgyárak által gyártott szénacél szerkezeti acélhuzalok és -rudak általános specifikációi φ5,5-φ45, az érettebb tartomány pedig φ6,5-φ30. A kis méretű huzal- és rúdalapanyagokban a foszforkiválasztás számos minőségi balesetet okoz. Beszéljünk a foszforkiválasztás hatásáról és a repedések kialakulásának elemzéséről referenciaként.
A foszfor vashoz való hozzáadása ennek megfelelően lezárhatja az ausztenites fázistartományt a vas-szén fázisdiagramban. Ezért a szolidusz és a likvidusz közötti távolságot növelni kell. Amikor a foszfortartalmú acélt folyékony halmazállapotból szilárd halmazállapotba hűtjük, széles hőmérsékleti tartományon kell áthaladnia. A foszfor diffúziós sebessége az acélban lassú. Ekkor a magas foszforkoncentrációjú (alacsony olvadáspontú) olvadt vas kitölti az első megszilárdult dendritek közötti réseket, ezáltal foszforszegregációt hozva létre.
A hidegfejtési vagy hideg extrudálási eljárás során gyakran láthatók repedt termékek. A repedt termékek metallográfiai vizsgálata és elemzése azt mutatja, hogy a ferrit és a perlit sávokban oszlik el, és a mátrixban jól látható egy fehérvas csík. A ferritben ezen a sávszerű ferrit mátrixon szakaszosan sávszerű világosszürke szulfidzárványok találhatók. Ezt a sávszerű szerkezetet, amelyet a kén-foszfid kiválása okoz, "szellemvonalnak" nevezik. Ez azért van, mert a foszforban gazdag zóna az erős foszforkiválású területen fehér és fényes jelenik meg. A fehér és fényes öv magas foszfortartalma miatt a foszforban gazdag fehér és fényes öv széntartalma csökken, vagy nagyon kicsi. Ily módon a folyamatos öntőbumba oszlopos kristályai a foszforban dúsított öv folyamatos öntése során a középpont felé fejlődnek. Amikor a buga megszilárdul, az olvadt acélból először ausztenit dendritek válnak ki. A dendritekben található foszfor és kén redukálódik, de a végső megszilárdult olvadt acél gazdag foszfor- és kénszennyező elemekben, amelyek a dendrit tengelye között szilárdulnak meg. A magas foszfor- és kéntartalom miatt a kén szulfidot képez, és a foszfor feloldódik a mátrixban. Nem könnyen diffundál, és a szén kisülését okozza. A szén nem olvad be, így a foszfor szilárd oldat körül (a ferrit fehér sáv oldalán) magasabb a széntartalom. A ferritsáv mindkét oldalán, azaz a foszforral dúsított terület mindkét oldalán lévő szénelemek egy keskeny, szakaszos perlitsávot alkotnak, amelyek párhuzamosan állnak a ferrit fehér sávval, és a szomszédos normál szövet elválik. Amikor a tuskót hevítik és préselik, a tengelyek a hengerlési feldolgozási irány mentén húzódnak. Pontosan azért, mert a ferritsáv magas foszfortartalmú, azaz a jelentős foszforszétválás egy komoly széles és fényes ferritsáv-szerkezet kialakulásához vezet, amelyben egyértelműen látható vas. Világosszürke szulfidsávok láthatók az elem testének széles és fényes sávjában. Ez a foszforban gazdag ferritsáv, amely hosszú szulfidcsíkokat tartalmaz, az, amit általában „szellemvonal” szerveződésnek nevezünk (lásd az 1-2. ábrát).
1. ábra Szellemhuzal szénacélból SWRCH35K 200X
2. ábra Szellemhuzal sima szénacélból Q235 500X
Acél meleghengerlésekor, amíg a bugában foszforszétválás van jelen, lehetetlen egyenletes mikroszerkezetet elérni. Ezenkívül a súlyos foszforszétválás miatt egy „szellemhuzal” szerkezet alakul ki, ami elkerülhetetlenül csökkenti az anyag mechanikai tulajdonságait.
A szénacélban a foszfor kiválása gyakori, de a mértéke eltérő. Ha a foszfor erősen kiválik (megjelenik a „szellemhuzal” szerkezet), az rendkívül káros hatással van az acélra. Nyilvánvaló, hogy a foszfor erős kiválása okozza az anyag repedését a hideghegesztési folyamat során. Mivel az acél különböző szemcséinek foszfortartalma eltérő, az anyag szilárdsága és keménysége is eltérő; másrészt belső feszültséget is okoz az anyagban, ami elősegíti a belső repedésekre való hajlamot. A „szellemhuzal” szerkezetű anyagban éppen a keménység, a szilárdság, a törési nyúlás és a felület csökkenése, különösen az ütésállóság csökkenése vezet az anyag hidegridegségéhez, így a foszfortartalom és az acél szerkezeti tulajdonságai nagyon szoros kapcsolatban állnak egymással.
Metallográfiai detektálás A látómező közepén található "szellemvonal" szövetben nagyszámú világosszürke, hosszúkás szulfid található. A szerkezeti acélban található nemfémes zárványok főként oxidok és szulfidok formájában vannak jelen. A GB/T10561-2005 "Standard Grading Chart Microscopic Inspection Method for the Content of Non-fine Inclusions in Steel" szabvány szerint a B típusú zárványok ekkor vulkanizálódnak, az anyagtartalom eléri a 2,5-öt vagy annál magasabb értéket. Mint mindannyian tudjuk, a nemfémes zárványok a repedések potenciális forrásai. Jelenlétük súlyosan károsíthatja az acél mikroszerkezetének folytonosságát és tömörségét, és nagymértékben csökkenti az acél szemcseközi szilárdságát. Ebből arra következtetnek, hogy az acél belső szerkezetének "szellemvonalában" található szulfidok jelenléte a repedések legvalószínűbb helye. Ezért a hidegkovácsolási repedéseket és a hőkezeléses oltási repedéseket számos kötőelemgyártó helyen nagyszámú világosszürke, vékony szulfid okozza. Az ilyen rossz szövések megjelenése tönkreteszi a fém tulajdonságainak folytonosságát és növeli a hőkezelés kockázatát. A „szellemfonalat” nem lehet normalizálással stb. eltávolítani, és a szennyeződéseket szigorúan ellenőrizni kell az olvasztási folyamattól kezdve, vagy mielőtt a nyersanyagok belépnének a gyárba.
A nemfémes zárványokat összetételük és alakíthatóságuk szerint alumínium-oxidra (A típus), szilikátra (C típus) és gömb alakú oxidra (D típus) osztják. Létezésük megszakítja a fém folytonosságát, és a hámozás után gödrök vagy repedések keletkeznek. Hidegrenyerés során nagyon könnyen repedésforrás alakulhat ki, és hőkezelés során feszültségkoncentrációt okozhat, ami kioltó repedést eredményez. Ezért a nemfémes zárványokat szigorúan ellenőrizni kell. A jelenlegi GB/T700-2006 "Szén szerkezeti acél" és a GB/T699-2016 "Kiváló minőségű szén szerkezeti acél" acélszabványok nem határoznak meg egyértelmű követelményeket a nemfémes zárványokra vonatkozóan. Fontos alkatrészek esetében az A, B és C durva és finom vonalai általában nem haladják meg az 1,5-öt, a D és D durva és finom vonalai pedig nem haladják meg a 2-t.
Közzététel ideje: 2021. október 21.
