Analiza formării și fisurării segregării fosforului în oțelul structural carbonat
În prezent, specificațiile comune pentru tijele și barele din oțel carbon structural furnizate de oțelăriile autohtone sunt φ5.5-φ45, iar intervalul mai matur este φ6.5-φ30. Există numeroase accidente de calitate cauzate de segregarea fosforului în materiile prime pentru tije și bare de dimensiuni mici. Să vorbim despre influența segregării fosforului și analiza formării fisurilor, pentru referință.
Adăugarea de fosfor la fier poate închide în mod corespunzător regiunea fazei austenite din diagrama de fază fier-carbon. Prin urmare, distanța dintre solidus și liquidus trebuie mărită. Când oțelul care conține fosfor este răcit de la lichid la solid, acesta trebuie să treacă printr-un interval larg de temperatură. Rata de difuzie a fosforului în oțel este lentă. În acest moment, fierul topit cu o concentrație mare de fosfor (punct de topire scăzut) este umplut în golurile dintre primele dendrite solidificate, formând astfel segregare de fosfor.
În procesul de extrudare la rece sau de turnare la rece, se observă adesea produse fisurate. Inspecția și analiza metalografică a produselor fisurate arată că ferita și perlita sunt distribuite în benzi, iar în matrice se poate observa clar o bandă de fier alb. În ferită, pe această matrice de ferită în formă de bandă există incluziuni intermitente de sulfură gri deschis, în formă de bandă. Această structură în formă de bandă, cauzată de segregarea fosfurii de sulf, se numește „linie fantomă”. Acest lucru se datorează faptului că zona bogată în fosfor din zona cu segregare severă de fosfor apare albă și strălucitoare. Datorită conținutului ridicat de fosfor al benzii albe și strălucitoare, conținutul de carbon din benzia albă și strălucitoare îmbogățită cu fosfor este redus sau conținutul de carbon este foarte mic. În acest fel, cristalele columnare ale plăcii de turnare continuă se dezvoltă spre centru în timpul turnării continue a benzii îmbogățite cu fosfor. Când țagla este solidificată, dendritele de austenită sunt mai întâi precipitate din oțelul topit. Fosforul și sulful conținute în aceste dendrite sunt reduse, dar oțelul topit solidificat final este bogat în elemente de fosfor și impurități de sulf, care se solidifică între axa dendritei. Datorită conținutului ridicat de fosfor și sulf, sulful va forma sulfură, iar fosforul se va dizolva în matrice. Nu este ușor de difuzat și are efectul de a elibera carbon. Carbonul nu se poate topi, așa că în jurul soluției solide de fosfor (părțile benzii albe de ferită) există un conținut mai mare de carbon. Elementele de carbon de pe ambele părți ale benzii de ferită, adică de pe ambele părți ale zonei îmbogățite cu fosfor, formează o bandă perlitică îngustă și intermitentă paralelă cu banda albă de ferită, iar țesutul normal adiacent se separă. Când țagla este încălzită și presată, arborii se vor extinde de-a lungul direcției de laminare. Tocmai pentru că banda de ferită conține un conținut ridicat de fosfor, adică segregarea serioasă a fosforului duce la formarea unei structuri serioase de bandă de ferită lată și strălucitoare, cu benzi de fier evidente, gri deschis de sulfură. Există benzi de fier gri deschis în banda lată și strălucitoare a corpului elementului. Această bandă de ferită bogată în fosfor, cu fâșii lungi de sulfură, este ceea ce numim în mod obișnuit organizarea de „linie fantomă” (vezi Figura 1-2).
Figura 1 Sârmă fantomă din oțel carbon SWRCH35K 200X
Figura 2 Sârmă Ghost din oțel carbon simplu Q235 500X
Când oțelul este laminat la cald, atâta timp cât există segregare de fosfor în țaglă, este imposibil să se obțină o microstructură uniformă. Mai mult, din cauza segregării severe a fosforului, se formează o structură de tip „sârmă fantomă”, care va reduce inevitabil proprietățile mecanice ale materialului.
Segregarea fosforului în oțelul carbon este frecventă, dar gradul este diferit. Atunci când fosforul este puternic segregat (apare structura „liniei fantomă”), aceasta va avea efecte extrem de adverse asupra oțelului. Evident, segregarea severă a fosforului este cauza fisurării materialului în timpul procesului de prelucrare la rece. Deoarece diferitele granule din oțel au un conținut diferit de fosfor, materialul are o rezistență și o duritate diferite; pe de altă parte, acest lucru face ca materialul să producă tensiuni interne, ceea ce îl va predispune la fisuri interne. În cazul materialului cu structură „fir fantomă”, tocmai reducerea durității, rezistenței, alungirii după fractură și reducerea ariei, în special reducerea tenacității la impact, va duce la fragilitatea la rece a materialului, astfel încât conținutul de fosfor și proprietățile structurale ale oțelului au o relație foarte strânsă.
Detecție metalografică În țesutul „liniei fantomă” din centrul câmpului vizual, există un număr mare de sulfuri alungite gri deschis. Incluziunile nemetalice din oțelul structural există în principal sub formă de oxizi și sulfuri. Conform GB/T10561-2005 „Metoda de inspecție microscopică a conținutului de incluziuni nemetalice din oțel prin diagramă de gradare standard”, incluziunile de tip B sunt vulcanizate în acest moment. Nivelul materialului atinge 2,5 și peste. După cum știm cu toții, incluziunile nemetalice sunt surse potențiale de fisuri. Existența lor va afecta serios continuitatea și compactitatea microstructurii oțelului și va reduce considerabil rezistența intergranulară a oțelului. Se deduce din aceasta că prezența sulfurilor în „linia fantomă” a structurii interne a oțelului este cea mai probabilă locație pentru fisuri. Prin urmare, fisurile de forjare la rece și fisurile de stingere prin tratament termic într-un număr mare de unități de producție a elementelor de fixare sunt cauzate de un număr mare de sulfuri subțiri gri deschis. Apariția unor astfel de țesături proaste distruge continuitatea proprietăților metalului și crește riscul tratamentului termic. „Firul fantomă” nu poate fi îndepărtat prin normalizare etc., iar elementele de impuritate trebuie controlate strict încă din procesul de topire sau înainte ca materiile prime să intre în fabrică.
Incluziunile nemetalice sunt împărțite în silicat de alumină (tipul A), silicat (tipul C) și oxid sferic (tipul D) în funcție de compoziția și deformabilitatea lor. Existența lor întrerupe continuitatea metalului, iar după exfoliere se formează gropi sau fisuri. Este foarte ușor să se formeze o sursă de fisuri în timpul deformarii la rece și să se provoace concentrarea stresului în timpul tratamentului termic, rezultând fisuri prin călire. Prin urmare, incluziunile nemetalice trebuie controlate strict. Standardele actuale GB/T700-2006 „Oțel structural carbon” și GB/T699-2016 „Oțel structural carbon de înaltă calitate” nu stabilesc cerințe clare pentru incluziunile nemetalice. Pentru piesele importante, liniile grosiere și fine ale elementelor A, B și C nu sunt în general mai mari de 1,5, iar liniile grosiere și fine ale elementelor D și D nu sunt mai mari de 2.
Data publicării: 21 oct. 2021
