Greining á myndun og sprungum fosfórs í kolefnisbyggingarstáli
Eins og er eru algengar forskriftir fyrir vírstangir og stöngur úr kolefnisbyggingarstáli frá innlendum stálverksmiðjum φ5,5-φ45, og þroskaðri svið er φ6,5-φ30. Það eru mörg gæðaóhöpp af völdum fosfórs aðskilnaðar í litlum hráefnum úr vírstöngum og stöngum. Við skulum ræða áhrif fosfórs aðskilnaðar og greiningu á myndun sprungna til viðmiðunar.
Viðbót fosfórs við járn getur samsvarandi lokað austenítfasasvæðinu í járn-kolefnisfasaritinu. Þess vegna verður að auka fjarlægðina milli fasts efnis og vökvaefnis. Þegar fosfórríkt stál er kælt úr vökva í fast efni þarf það að fara í gegnum vítt hitastigsbil. Dreifingarhraði fosfórs í stáli er hægur. Á þessum tíma fyllist bráðið járn með mikilli fosfórþéttni (lágt bræðslumark) í eyðurnar milli fyrstu storknuðu dendrítanna og myndar þannig fosfóraðskilnað.
Í köldu steypuferli eða köldu útdráttarferli sjást oft sprungnar vörur. Málmfræðileg skoðun og greining á sprungnu vörunum sýnir að ferrítið og perlítið eru dreifð í röndum og rönd af hvítu járni sést greinilega í grunnefninu. Í ferrítinu eru slitróttar, ljósgráar súlfíðinnfellingar á þessu bandlaga ferrítgrunnefni. Þessi bandlaga uppbygging, sem stafar af aðskilnaði brennisteinsfosfíðs, er kölluð „draugalína“. Þetta er vegna þess að fosfórríka svæðið á svæðinu með mikla fosfóraðskilnað virðist hvítt og bjart. Vegna mikils fosfórinnihalds í hvíta og bjarta beltinu minnkar kolefnisinnihaldið í fosfórauðgaða hvíta og bjarta beltinu eða kolefnisinnihaldið er mjög lítið. Á þennan hátt þróast súlulaga kristallar samfelldu steypuplötunnar að miðjunni við samfellda steypu fosfórauðgaða beltsins. Þegar steypan storknar myndast fyrst austenít dendrítar úr bráðna stálinu. Fosfór og brennisteinn í þessum dendrítum minnka en bráðið stál, sem storknar að lokum, er ríkt af fosfór- og brennisteinsóhreinindum sem storkna á milli dendrításanna. Vegna mikils fosfór- og brennisteinsinnihalds myndar brennisteinn súlfíð og fosfór leysist upp í grunnefninu. Það dreifist ekki auðveldlega og hefur þau áhrif að kolefni losnar. Kolefni getur ekki brætt inn, þannig að kolefnisinnihaldið í kringum fosfórlausnina (hliðar hvítu ferrítbandsins) er hærra. Kolefnisþátturinn á báðum hliðum ferrítbeltisins, það er að segja á báðum hliðum fosfórauðgaða svæðisins, myndar þröngt, slitrótt perlítbelti samsíða hvítu ferrítbeltinu og aðliggjandi venjulegt vefjaefni aðskilið. Þegar stálstöngin er hituð og þrýst teygjast ásarnir eftir veltingarstefnunni. Þetta er einmitt vegna þess að ferrítbandið inniheldur mikið fosfór, það er að segja, alvarleg fosfóraðskilnaður leiðir til myndunar á alvarlegri breiðri og björtri ferrítbandsbyggingu, með augljósum járni. Það eru ljósgráar súlfíðrendur í breiðu og björtu bandi frumefnisins. Þetta fosfórríka ferrítband með löngum súlfíðræmum er það sem við köllum almennt „draugalínu“ (sjá mynd 1-2).
Mynd 1 Draugavír úr kolefnisstáli SWRCH35K 200X
Mynd 2 Draugavír úr sléttu kolefnisstáli Q235 500X
Þegar stál er heitvalsað, svo lengi sem fosfór aðskilnaður á sér stað í stálstönginni, er ómögulegt að fá einsleita örbyggingu. Þar að auki, vegna mikillar fosfór aðskilnaðar, myndast „draugavírs“ uppbygging sem óhjákvæmilega dregur úr vélrænum eiginleikum efnisins.
Aðskilnaður fosfórs í kolefnisstáli er algengur, en umfang þess er mismunandi. Þegar fosfór aðskilst mjög mikið („draugalínubygging“ birtist) hefur það mjög skaðleg áhrif á stálið. Augljóslega er mikil aðskilnaður fosfórs orsök sprungna í efninu við kalt skurð. Vegna þess að mismunandi korn í stáli hafa mismunandi fosfórinnihald, hefur efnið mismunandi styrk og hörku; á hinn bóginn veldur það einnig innri spennu í efnið, sem eykur viðkvæmni þess fyrir innri sprungum. Í efni með „draugavírsbyggingu“ er það einmitt minnkun á hörku, styrk, lengingu eftir brot og minnkun á flatarmáli, sérstaklega minnkun á höggþoli, sem mun leiða til kuldabrotleika efnisins, þannig að fosfórinnihald og byggingareiginleikar stálsins eru mjög nátengdir.
Málmfræðileg uppgötvun Í „draugalínunni“ í miðju sjónsviðsins er fjöldi ljósgrára, aflangra súlfíða. Ómálmkenndu innfellingarnar í byggingarstáli eru aðallega í formi oxíða og súlfíða. Samkvæmt GB/T10561-2005 „Staðlað flokkunartafla fyrir smásjárskoðunaraðferð fyrir innihald ómálmkenndra innfellinga í stáli“ eru innfellingar af gerð B vúlkaníseraðar á þessum tíma. Efnismagnið nær 2,5 og hærra. Eins og við öll vitum eru ómálmkenndar innfellingar mögulegar uppsprettur sprungna. Tilvist þeirra mun alvarlega skaða samfellu og þéttleika örbyggingar stálsins og draga verulega úr styrk milli korna stálsins. Af þessu má álykta að nærvera súlfíða í „draugalínunni“ í innri byggingu stálsins sé líklegasti staðurinn fyrir sprungur. Þess vegna eru sprungur við kalt smíða og hitameðferð í fjölda framleiðslustaða festinga af völdum mikils fjölda ljósgrára, mjóra súlfíða. Tilkoma slíkra slæmra vefnaðar eyðileggur samfellu málmeiginleika og eykur hættuna á hitameðferð. Ekki er hægt að fjarlægja „draugaþráðinn“ með því að staðla o.s.frv. og óhreinindi ættu að vera stranglega stjórnað frá bræðsluferlinu eða áður en hráefnið fer inn í verksmiðjuna.
Ómálmkenndar innfellingar eru flokkaðar í áloxíð (tegund A) kísilöt (tegund C) og kúlulaga oxíð (tegund D) eftir samsetningu þeirra og aflögunarhæfni. Tilvist þeirra skerðir samfellu málmsins og holur eða sprungur myndast eftir flögnun. Það er mjög auðvelt að mynda sprungur við kuldauppnám og valda spennuþenslu við hitameðferð, sem leiðir til sprungna í slökkvikerfinu. Þess vegna verður að hafa strangt eftirlit með ómálmkenndum innfellingum. Núverandi stálstaðlar GB/T700-2006 "Carbon Structural Steel" og GB/T699-2016 "High-quality Carbon Structural Steel" gera ekki skýrar kröfur um ómálmkennda innfellingar. Fyrir mikilvæga hluta eru grófu og fínu línurnar A, B og C almennt ekki meiri en 1,5, og grófu og fínu línurnar D og D eru ekki meiri en 2.
Birtingartími: 21. október 2021
