Analyse van de vorming en scheurvorming van fosforsegregatie in koolstofconstructiestaal
De gangbare specificaties voor koolstofstaaldraad en -staven voor constructies die door binnenlandse staalfabrieken worden geleverd, liggen momenteel tussen φ5,5 en φ45, en het meer ontwikkelde bereik tussen φ6,5 en φ30. Fosforafscheiding in kleine draadstaven en -staven veroorzaakt veel kwaliteitsincidenten. Laten we het ter referentie hebben over de invloed van fosforafscheiding en de analyse van scheurvorming.
De toevoeging van fosfor aan ijzer kan de austenietfase in het ijzer-koolstoffasediagram dienovereenkomstig sluiten. Daarom moet de afstand tussen de solidus en de liquidus worden vergroot. Wanneer fosforhoudend staal wordt afgekoeld van vloeibaar naar vast, moet het een breed temperatuurbereik doorlopen. De diffusiesnelheid van fosfor in staal is laag. Op dit moment worden de openingen tussen de eerste gestolde dendrieten opgevuld met gesmolten ijzer met een hoge fosforconcentratie (laag smeltpunt), waardoor fosforsegregatie ontstaat.
Bij koudpersen of koudextrusie worden vaak gebarsten producten waargenomen. Metallografische inspectie en analyse van de gebarsten producten laten zien dat het ferriet en perliet in banden verdeeld zijn en dat er duidelijk een strook wit ijzer in de matrix zichtbaar is. In het ferriet bevinden zich onderbroken bandvormige lichtgrijze sulfide-insluitsels op deze bandvormige ferrietmatrix. Deze bandvormige structuur, veroorzaakt door de segregatie van zwavelfosfide, wordt een "spooklijn" genoemd. Dit komt doordat de fosforrijke zone in het gebied met ernstige fosforsegregatie er wit en helder uitziet. Door het hoge fosforgehalte van de witte en heldere band wordt het koolstofgehalte in de met fosfor verrijkte witte en heldere band verlaagd of is het koolstofgehalte zeer laag. Op deze manier ontwikkelen de zuilvormige kristallen van de continugegoten plaat zich naar het midden toe tijdens het continugieten van de met fosfor verrijkte band. Wanneer de staaf stolt, slaan austenietdendrieten eerst neer uit het gesmolten staal. De fosfor en zwavel in deze dendrieten worden gereduceerd, maar het uiteindelijk gestolde gesmolten staal is rijk aan fosfor- en zwavelverontreinigingen, die stollen tussen de dendrietas, vanwege het hoge gehalte aan fosfor en zwavel, waardoor zwavel sulfide vormt en fosfor in de matrix oplost. Het diffundeert niet gemakkelijk en heeft tot gevolg dat koolstof wordt ontladen. Koolstof kan niet worden ingesmolten, dus rond de vaste fosforoplossing (de zijkanten van de witte ferrietband) hebben ze een hoger koolstofgehalte. Koolstofelementen aan beide zijden van de ferrietband, dat wil zeggen aan beide zijden van het met fosfor verrijkte gebied, vormen respectievelijk een smalle, intermitterende perlietband parallel aan de witte ferrietband, en het aangrenzende normale weefsel scheidt zich af. Wanneer de staaf wordt verhit en geperst, zullen de assen zich uitstrekken in de richting van het walsen. Juist omdat de ferrietband een hoog fosforgehalte heeft, leidt de sterke fosforsegregatie tot de vorming van een brede en heldere ferrietbandstructuur met duidelijk ijzer. Er bevinden zich lichtgrijze sulfidestrepen in de brede en heldere band van het element. Deze fosforrijke ferrietband met lange sulfidestrepen is wat we gewoonlijk de "spooklijn" noemen (zie figuur 1-2).
Figuur 1 Spookdraad in koolstofstaal SWRCH35K 200X
Figuur 2 Spookdraad in gewoon koolstofstaal Q235 500X
Bij het warmwalsen van staal is het onmogelijk om een uniforme microstructuur te verkrijgen zolang er fosforsegregatie in de staaf aanwezig is. Bovendien vormt zich door de sterke fosforsegregatie een "spookdraad"-structuur, die onvermijdelijk de mechanische eigenschappen van het materiaal zal verminderen.
Fosforsegregatie in koolstofstaal komt vaak voor, maar de mate verschilt. Wanneer het fosfor sterk gescheiden is (de "spooklijn"-structuur), heeft dit zeer nadelige gevolgen voor het staal. Het is duidelijk dat de sterke fosforsegregatie de oorzaak is van scheurvorming tijdens het koudvervormen. Omdat verschillende staalkorrels een verschillend fosforgehalte hebben, heeft het materiaal een verschillende sterkte en hardheid; aan de andere kant zorgt het er ook voor dat het materiaal interne spanningen produceert, wat de vatbaarheid voor interne scheurvorming bevordert. Bij materiaal met een "spooklijn"-structuur is het juist de afname van de hardheid, sterkte, rek na breuk en oppervlakteverkleining, met name de afname van de slagvastheid, die leidt tot koude brosheid van het materiaal. Het fosforgehalte en de structurele eigenschappen van staal zijn dus nauw met elkaar verbonden.
Metallografische detectie: in het "ghost line"-weefsel in het midden van het gezichtsveld bevinden zich een groot aantal lichtgrijze, langwerpige sulfiden. De niet-metalen insluitsels in constructiestaal bestaan voornamelijk in de vorm van oxiden en sulfiden. Volgens GB/T10561-2005 "Standard Grading Chart Microscopic Inspection Method for the Content of Non-metallic Inclusions in Steel" zijn de Type B-insluitsels op dit moment gevulkaniseerd. Het materiaalniveau bereikt 2,5 en hoger. Zoals we allemaal weten, zijn niet-metalen insluitsels potentiële bronnen van scheuren. Hun aanwezigheid zal de continuïteit en compactheid van de staalmicrostructuur ernstig aantasten en de intergranulaire sterkte van staal aanzienlijk verminderen. Hieruit kan worden afgeleid dat de aanwezigheid van sulfiden in de "ghost line" van de interne structuur van het staal de meest waarschijnlijke locatie voor scheurvorming is. Daarom worden scheuren door koudsmeedwerk en warmtebehandelingsblussing in een groot aantal productielocaties voor bevestigingsmiddelen veroorzaakt door een grote hoeveelheid lichtgrijze, slanke sulfiden. Het verschijnen van dergelijke slechte weefsels verstoort de continuïteit van de metaaleigenschappen en verhoogt het risico op warmtebehandeling. De "spookdraad" kan niet worden verwijderd door normaliseren, enz., en onzuiverheden moeten strikt worden gecontroleerd vanaf het smeltproces of voordat de grondstoffen de fabriek binnenkomen.
Niet-metalen insluitsels worden op basis van hun samenstelling en vervormbaarheid onderverdeeld in aluminiumoxide (type A), silicaat (type C) en sferisch oxide (type D). Hun aanwezigheid verstoort de continuïteit van het metaal, waardoor putjes of scheuren ontstaan na het afpellen. Tijdens de koude stuiking kan gemakkelijk een bron van scheuren ontstaan en kan er spanningsconcentratie ontstaan tijdens de warmtebehandeling, wat resulteert in afschrikscheuren. Daarom moeten niet-metalen insluitsels strikt worden gecontroleerd. De huidige staalnormen GB/T700-2006 "Koolstofstructuurstaal" en GB/T699-2016 "Koolstofstructuurstaal van hoge kwaliteit" stellen geen duidelijke eisen aan niet-metalen insluitsels. Voor belangrijke onderdelen zijn de grove en fijne lijnen van A, B en C over het algemeen niet groter dan 1,5, en de grove en fijne lijnen van D en D niet groter dan 2.
Plaatsingstijd: 21-10-2021
