Análise da formação e fissuração da segregação de fósforo em aço estrutural de carbono
Atualmente, as especificações comuns de vergalhões e barras de aço estrutural carbono fornecidas por siderúrgicas nacionais são de φ5,5 a φ45, e a faixa mais madura é de φ6,5 a φ30. Há muitos acidentes de qualidade causados pela segregação de fósforo em matérias-primas de vergalhões e barras de pequeno porte. Vamos falar sobre a influência da segregação de fósforo e a análise da formação de trincas para sua referência.
A adição de fósforo ao ferro pode, consequentemente, fechar a região da fase austenítica no diagrama de fases ferro-carbono. Portanto, a distância entre o solidus e o liquidus deve ser ampliada. Quando o aço contendo fósforo é resfriado do estado líquido para o estado sólido, ele precisa passar por uma ampla faixa de temperatura. A taxa de difusão do fósforo no aço é lenta. Nesse momento, o ferro fundido com alta concentração de fósforo (baixo ponto de fusão) é preenchido nas lacunas entre as primeiras dendritas solidificadas, formando assim a segregação do fósforo.
No processo de recalque ou extrusão a frio, produtos trincados são frequentemente observados. A inspeção metalográfica e a análise dos produtos trincados mostram que a ferrita e a perlita estão distribuídas em faixas, e uma faixa de ferro branco pode ser claramente vista na matriz. Na ferrita, há inclusões intermitentes de sulfeto cinza claro em forma de faixa sobre essa matriz de ferrita em forma de faixa. Essa estrutura em forma de faixa, causada pela segregação de fosfeto de enxofre, é chamada de "linha fantasma". Isso ocorre porque a zona rica em fósforo na área com segregação severa de fósforo aparece branca e brilhante. Devido ao alto teor de fósforo da faixa branca e brilhante, o teor de carbono na faixa branca e brilhante enriquecida com fósforo é reduzido ou o teor de carbono é muito baixo. Dessa forma, os cristais colunares da placa de lingotamento contínuo se desenvolvem em direção ao centro durante o lingotamento contínuo da faixa enriquecida com fósforo. Quando o tarugo é solidificado, as dendritas de austenita são primeiramente precipitadas do aço fundido. O fósforo e o enxofre contidos nessas dendritas são reduzidos, mas o aço fundido solidificado final é rico em elementos de impureza de fósforo e enxofre, que se solidificam entre o eixo das dendritas. Devido ao alto teor de fósforo e enxofre, o enxofre formará sulfeto e o fósforo será dissolvido na matriz. Não é fácil de difundir e tem o efeito de descarregar carbono. O carbono não pode ser fundido, portanto, ao redor da solução sólida de fósforo (os lados da faixa branca de ferrite) há um maior teor de carbono. O elemento de carbono em ambos os lados da faixa de ferrite, ou seja, em ambos os lados da área enriquecida com fósforo, forma, respectivamente, uma faixa estreita e intermitente de perlita paralela à faixa branca de ferrite e o tecido normal adjacente separado. Quando o tarugo é aquecido e prensado, os eixos se estendem ao longo da direção do processamento de laminação. É precisamente porque a banda de ferrite contém alto teor de fósforo, ou seja, a segregação grave de fósforo leva à formação de uma estrutura de banda de ferrite ampla e brilhante, com ferro evidente. Existem faixas de sulfeto cinza-claro na faixa ampla e brilhante do corpo do elemento. Essa banda de ferrite rica em fósforo com longas faixas de sulfeto é o que comumente chamamos de organização de "linha fantasma" (ver Figura 1-2).
Figura 1 Fio fantasma em aço carbono SWRCH35K 200X
Figura 2 Fio fantasma em aço carbono simples Q235 500X
Na laminação a quente do aço, enquanto houver segregação de fósforo no tarugo, é impossível obter uma microestrutura uniforme. Além disso, devido à segregação severa de fósforo, forma-se uma estrutura de "fio fantasma", o que inevitavelmente reduz as propriedades mecânicas do material.
A segregação de fósforo no aço carbono é comum, mas o grau varia. Quando o fósforo é severamente segregado (aparece a estrutura de "linha fantasma"), isso traz efeitos extremamente adversos ao aço. Obviamente, a segregação severa de fósforo é a culpada pela fissuração do material durante o processo de recalque a frio. Como os diferentes grãos do aço possuem diferentes teores de fósforo, o material apresenta diferentes resistências e durezas; por outro lado, isso também faz com que o material produza tensões internas, o que o torna propenso a fissuras internas. Em materiais com estrutura de "fio fantasma", é justamente a redução da dureza, resistência, alongamento após a fratura e a redução da área, especialmente a redução da tenacidade ao impacto, que leva à fragilidade a frio do material, de modo que o teor de fósforo e as propriedades estruturais do aço têm uma relação muito próxima.
Detecção metalográfica: Na "linha fantasma" no centro do campo de visão, há uma grande quantidade de sulfetos alongados, de coloração cinza claro. As inclusões não metálicas no aço estrutural ocorrem principalmente na forma de óxidos e sulfetos. De acordo com a norma GB/T10561-2005 "Tabela de Classificação Padrão - Método de Inspeção Microscópica para o Teor de Inclusões Não Metálicas em Aço", as inclusões do Tipo B são vulcanizadas neste momento, quando o nível do material atinge 2,5 ou mais. Como todos sabemos, inclusões não metálicas são fontes potenciais de trincas. Sua presença prejudica seriamente a continuidade e a compactação da microestrutura do aço e reduz significativamente a resistência intergranular do aço. Infere-se, portanto, que a presença de sulfetos na "linha fantasma" da estrutura interna do aço é o local mais provável para a formação de trincas. Portanto, trincas de forjamento a frio e trincas de têmpera por tratamento térmico em um grande número de locais de produção de fixadores são causadas por uma grande quantidade de sulfetos finos de cor cinza claro. O aparecimento de tais tramas defeituosas destrói a continuidade das propriedades do metal e aumenta o risco de tratamento térmico. A "fiação fantasma" não pode ser removida por normalização, etc., e os elementos de impureza devem ser rigorosamente controlados desde o processo de fundição ou antes da entrada da matéria-prima na fábrica.
As inclusões não metálicas são divididas em alumina (tipo A), silicato (tipo C) e óxido esférico (tipo D), de acordo com sua composição e deformabilidade. Sua presença interrompe a continuidade do metal, e pites ou trincas se formam após o descascamento. É muito fácil formar uma fonte de trincas durante o recalque a frio e causar concentração de tensões durante o tratamento térmico, resultando em trincas por têmpera. Portanto, as inclusões não metálicas devem ser rigorosamente controladas. As normas atuais GB/T700-2006 "Aço Estrutural Carbono" e GB/T699-2016 "Aço Estrutural Carbono de Alta Qualidade" não estabelecem requisitos claros para inclusões não metálicas. Para peças importantes, as linhas grossas e finas de A, B e C geralmente não são maiores que 1,5, e as linhas grossas e finas de D e D não são maiores que 2.
Data de publicação: 21 de outubro de 2021
