Analisis Pembentukan dan Keretakan Segregasi Fosfor pada Baja Struktural Karbon
Saat ini, spesifikasi umum kawat dan batang baja struktural karbon yang dipasok oleh pabrik baja domestik adalah φ5,5-φ45, dan kisaran yang lebih matang adalah φ6,5-φ30. Terdapat banyak kecelakaan kualitas yang disebabkan oleh segregasi fosfor pada bahan baku kawat dan batang berukuran kecil. Mari kita bahas pengaruh segregasi fosfor dan analisis pembentukan retakan untuk referensi Anda.
Penambahan fosfor pada besi dapat menutup daerah fase austenit pada diagram fase besi-karbon. Oleh karena itu, jarak antara solidus dan liquidus harus diperbesar. Ketika baja yang mengandung fosfor didinginkan dari cair ke padat, baja tersebut perlu melewati rentang suhu yang lebar. Laju difusi fosfor dalam baja lambat. Pada saat ini, besi cair dengan konsentrasi fosfor tinggi (titik leleh rendah) mengisi celah di antara dendrit yang pertama kali membeku, sehingga membentuk segregasi fosfor.
Dalam proses pembentukan dingin atau ekstrusi dingin, produk retak sering terlihat. Inspeksi dan analisis metalografi produk retak menunjukkan bahwa ferit dan perlit terdistribusi dalam bentuk pita, dan strip besi putih dapat terlihat jelas dalam matriks. Dalam ferit, terdapat inklusi sulfida abu-abu muda berbentuk pita yang terputus-putus pada matriks ferit berbentuk pita ini. Struktur berbentuk pita yang disebabkan oleh segregasi sulfur fosfida ini disebut "garis hantu". Hal ini karena zona kaya fosfor di area dengan segregasi fosfor yang parah tampak putih dan cerah. Karena kandungan fosfor yang tinggi pada sabuk putih dan cerah tersebut, kandungan karbon dalam sabuk putih dan cerah yang kaya fosfor berkurang atau kandungan karbonnya sangat kecil. Dengan cara ini, kristal kolumnar dari slab pengecoran kontinu berkembang ke arah tengah selama pengecoran kontinu sabuk yang kaya fosfor. Ketika billet membeku, dendrit austenit pertama kali mengendap dari baja cair. Kandungan fosfor dan sulfur dalam dendrit ini berkurang, tetapi baja cair yang mengeras pada akhirnya kaya akan unsur pengotor fosfor dan sulfur, yang mengeras di antara sumbu dendrit. Karena kandungan fosfor dan sulfur yang tinggi, sulfur akan membentuk sulfida, dan fosfor akan larut dalam matriks. Fosfor sulit berdifusi dan memiliki efek pelepasan karbon. Karbon tidak dapat meleleh, sehingga di sekitar larutan padat fosfor (sisi pita putih ferit) memiliki kandungan karbon yang lebih tinggi. Unsur karbon di kedua sisi pita ferit, yaitu di kedua sisi area yang kaya fosfor, masing-masing membentuk pita perlit sempit dan terputus-putus yang sejajar dengan pita putih ferit, dan terpisah dari jaringan normal di sekitarnya. Ketika billet dipanaskan dan ditekan, poros akan memanjang searah dengan arah pemrosesan penggulungan. Justru karena pita ferit mengandung fosfor yang tinggi, yaitu segregasi fosfor yang serius menyebabkan terbentuknya struktur pita ferit yang lebar dan terang, dengan adanya garis-garis sulfida abu-abu muda yang jelas di dalam pita lebar dan terang tersebut. Lapisan ferit kaya fosfor dengan jalur sulfida yang panjang inilah yang biasa kita sebut sebagai susunan "garis hantu" (lihat Gambar 1-2).
Gambar 1 Kawat hantu pada baja karbon SWRCH35K 200X
Gambar 2 Kawat hantu pada baja karbon polos Q235 500X
Saat baja digulung panas, selama masih ada segregasi fosfor dalam billet, mustahil untuk mendapatkan struktur mikro yang seragam. Terlebih lagi, karena segregasi fosfor yang parah, terbentuk struktur "kawat hantu", yang pasti akan mengurangi sifat mekanik material tersebut.
Segregasi fosfor dalam baja karbon adalah hal yang umum, tetapi tingkatnya berbeda-beda. Ketika fosfor mengalami segregasi parah (muncul struktur "garis hantu"), hal itu akan membawa dampak yang sangat buruk pada baja. Jelas, segregasi fosfor yang parah adalah penyebab retaknya material selama proses pembentukan kepala dingin. Karena butiran yang berbeda dalam baja memiliki kandungan fosfor yang berbeda, material tersebut memiliki kekuatan dan kekerasan yang berbeda; di sisi lain, hal itu juga menyebabkan material menghasilkan tegangan internal, yang akan mendorong material untuk rentan terhadap retak internal. Pada material dengan struktur "kawat hantu", justru terjadi penurunan kekerasan, kekuatan, perpanjangan setelah patahan, dan pengurangan luas penampang, terutama penurunan ketangguhan benturan, yang akan menyebabkan kerapuhan dingin pada material, sehingga kandungan fosfor dan sifat struktural baja memiliki hubungan yang sangat erat.
Deteksi metalografi Pada jaringan "garis hantu" di tengah bidang pandang, terdapat sejumlah besar sulfida memanjang berwarna abu-abu muda. Inklusi non-logam dalam baja struktural terutama terdapat dalam bentuk oksida dan sulfida. Menurut GB/T10561-2005 "Metode Inspeksi Mikroskopis Bagan Klasifikasi Standar untuk Kandungan Inklusi Non-logam dalam Baja", inklusi Tipe B divulkanisasi pada saat ini. Tingkat material mencapai 2,5 ke atas. Seperti yang kita ketahui, inklusi non-logam merupakan sumber potensial retakan. Keberadaannya akan sangat merusak kontinuitas dan kekompakan mikrostruktur baja, dan sangat mengurangi kekuatan antar butir baja. Dari sini dapat disimpulkan bahwa keberadaan sulfida di "garis hantu" struktur internal baja adalah lokasi yang paling mungkin terjadi retakan. Oleh karena itu, retakan tempa dingin dan retakan pendinginan perlakuan panas di sejumlah besar lokasi produksi pengikat disebabkan oleh sejumlah besar sulfida ramping berwarna abu-abu muda. Kemunculan anyaman yang buruk seperti itu merusak kontinuitas sifat logam dan meningkatkan risiko perlakuan panas. "Benang hantu" tidak dapat dihilangkan dengan normalisasi, dll., dan unsur-unsur pengotor harus dikontrol secara ketat sejak proses peleburan atau sebelum bahan baku masuk ke pabrik.
Inklusi non-logam dibagi menjadi alumina (tipe A), silikat (tipe C), dan oksida bulat (tipe D) berdasarkan komposisi dan deformabilitasnya. Keberadaan inklusi ini memutus kontinuitas logam, dan terbentuk lubang atau retakan setelah pengelupasan. Inklusi ini sangat mudah membentuk sumber retakan selama penempaan dingin dan menyebabkan konsentrasi tegangan selama perlakuan panas, yang mengakibatkan retakan pendinginan. Oleh karena itu, inklusi non-logam harus dikontrol secara ketat. Standar baja GB/T700-2006 "Baja Struktural Karbon" dan GB/T699-2016 "Baja Struktural Karbon Berkualitas Tinggi" saat ini tidak memberikan persyaratan yang jelas untuk inklusi non-logam. Untuk bagian-bagian penting, garis kasar dan halus A, B, dan C umumnya tidak lebih dari 1,5, dan garis kasar dan halus D dan Ds tidak lebih dari 2.
Waktu posting: 21 Oktober 2021
