Analyse av dannelse og sprekkdannelse av fosforseparasjon i karbonkonstruksjonsstål
For tiden er de vanlige spesifikasjonene for trådstenger og -stenger av karbonkonstruksjonsstål levert av innenlandske stålverk φ5,5-φ45, og det mer modne området er φ6,5-φ30. Det er mange kvalitetsulykker forårsaket av fosforsegring i små trådstenger og -stenger. La oss snakke om påvirkningen av fosforsegring og analysen av sprekkedannelse som referanse.
Tilsetning av fosfor til jern kan tilsvarende lukke austenittfaseområdet i jern-karbon-fasediagrammet. Derfor må avstanden mellom solidus og liquidus økes. Når fosforholdig stål avkjøles fra flytende til fast stoff, må det passere gjennom et bredt temperaturområde. Diffusjonshastigheten til fosfor i stål er lav. På dette tidspunktet fylles hullene mellom de første størknede dendrittene av smeltet jern med høy fosforkonsentrasjon (lavt smeltepunkt), og danner dermed fosforsegregering.
I kaldstøpings- eller kaldekstruderingsprosessen sees ofte sprukne produkter. Metallografisk inspeksjon og analyse av de sprukne produktene viser at ferritt og perlitt er fordelt i bånd, og en stripe av hvitt jern kan tydelig sees i matrisen. I ferritten er det intermitterende båndformede lysegrå sulfidinneslutninger på denne båndformede ferrittmatrisen. Denne båndformede strukturen forårsaket av segregering av svovelfosfid kalles "spøkelseslinje". Dette skyldes at den fosforrike sonen i området med alvorlig fosforsegregering fremstår hvit og lys. På grunn av det høye fosforinnholdet i det hvite og blanke beltet, reduseres karboninnholdet i det fosforanrikede hvite og blanke beltet, eller karboninnholdet er svært lite. På denne måten utvikler de søyleformede krystallene i den kontinuerlige støpeplaten seg mot midten under kontinuerlig støping av det fosforanrikede beltet. Når barren størkner, utfelles først austenittdendritter fra det smeltede stålet. Fosforet og svovelet i disse dendrittene reduseres, men det endelige størknede smeltede stålet er rikt på fosfor- og svovelforurensningselementer, som størkner mellom dendrittaksen. På grunn av det høye innholdet av fosfor og svovel vil svovel danne sulfid, og fosforet vil bli oppløst i matrisen. Det diffunderer ikke lett og har effekten av å frigjøre karbon. Karbon kan ikke smeltes inn, så rundt den faste fosforløsningen (sidene av det hvite ferrittbåndet) har det et høyere karboninnhold. Karbonelementet på begge sider av ferrittbeltet, det vil si på begge sider av det fosforanrikede området, danner et smalt, intermitterende perlittbelte parallelt med det hvite ferrittbeltet, og det tilstøtende normale vevet separeres. Når emnet varmes opp og presses, vil akslingene strekke seg langs valseretningen. Dette er nettopp fordi ferrittbåndet inneholder mye fosfor, det vil si at den alvorlige fosforsegregeringen fører til dannelsen av en alvorlig bred og lys ferrittbåndstruktur, med tydelig jern. Det er lysegrå striper av sulfid i det brede og lysende båndet på elementkroppen. Dette fosforrike ferrittbåndet med lange strimler av sulfid er det vi vanligvis kaller «spøkelseslinje»-organisasjonen (se figur 1-2).
Figur 1 Spøkelsestråd i karbonstål SWRCH35K 200X
Figur 2 Spøkelsestråd i vanlig karbonstål Q235 500X
Når stål varmvalses, er det umulig å oppnå en jevn mikrostruktur så lenge det er fosforseparasjon i barren. Dessuten, på grunn av kraftig fosforseparasjon, dannes en "spøkelsestråd"-struktur, som uunngåelig vil redusere materialets mekaniske egenskaper.
Fosforseparasjon i karbonstål er vanlig, men graden er forskjellig. Når fosforet er sterkt segregert (en "spøkelseslinje"-struktur vises), vil det ha ekstremt negative effekter på stålet. Det er åpenbart at den sterke fosforseparasjonen er årsaken til at materialet sprekker under kaldpressingen. Fordi forskjellige korn i stål har ulikt fosforinnhold, har materialet ulik styrke og hardhet. På den annen side vil det også føre til indre spenninger i materialet, noe som vil gjøre materialet mer utsatt for indre sprekker. I materialer med "spøkelsestråd"-struktur er det nettopp reduksjonen av hardhet, styrke, bruddforlengelse og reduksjon av areal, spesielt reduksjonen av slagfasthet, som vil føre til materialets kaldsprøhet, slik at fosforinnholdet og stålets strukturelle egenskaper er svært nært knyttet til hverandre.
Metallografisk deteksjon I "spøkelseslinjen" i midten av synsfeltet er det et stort antall lysegrå, avlange sulfider. De ikke-metalliske inneslutningene i konstruksjonsstål finnes hovedsakelig i form av oksider og sulfider. I henhold til GB/T10561-2005 "Standard graderingskart for mikroskopisk inspeksjonsmetode for innholdet av ikke-metalliske inneslutninger i stål", vulkaniseres type B-inneslutninger på dette tidspunktet. Materialnivået når 2,5 og over. Som vi alle vet, er ikke-metalliske inneslutninger potensielle kilder til sprekker. Deres tilstedeværelse vil alvorlig skade kontinuiteten og kompaktheten til stålmikrostrukturen, og redusere stålets intergranulære styrke betraktelig. Det utledes av dette at tilstedeværelsen av sulfider i "spøkelseslinjen" i stålets indre struktur er det mest sannsynlige stedet for sprekker. Derfor er kaldsmiingssprekker og varmebehandlingssprekker i et stort antall produksjonssteder for festemidler forårsaket av et stort antall lysegrå, slanke sulfider. Tilsynekomsten av slike dårlige vevinger ødelegger kontinuiteten i metallegenskapene og øker risikoen for varmebehandling. «Spøkelsestråden» kan ikke fjernes ved normalisering osv., og urenhetselementer bør kontrolleres strengt fra smelteprosessen eller før råmaterialene kommer inn i fabrikken.
Ikke-metalliske inneslutninger deles inn i alumina (type A) silikat (type C) og sfærisk oksid (type D) i henhold til deres sammensetning og deformerbarhet. Deres tilstedeværelse kutter av metallets kontinuitet, og groper eller sprekker dannes etter avskalling. Det er veldig lett å danne en kilde til sprekker under kald oppløsning og forårsake spenningskonsentrasjon under varmebehandling, noe som resulterer i bråkjølingssprekker. Derfor må ikke-metalliske inneslutninger kontrolleres strengt. De nåværende stålstandardene GB/T700-2006 "Carbon Structural Steel" og GB/T699-2016 "High-quality Carbon Structural Steel" stiller ikke klare krav til ikke-metalliske inneslutninger. For viktige deler er de grove og fine linjene for A, B og C vanligvis ikke mer enn 1,5, og de grove og fine linjene for D og D er ikke mer enn 2.
Publisert: 21. oktober 2021
