Анализ образования и растрескивания сегрегации фосфора в углеродистой конструкционной стали
В настоящее время общие спецификации углеродистых конструкционных стальных прутков и стержней, предоставляемые отечественными сталелитейными заводами, составляют φ5,5-φ45, а более зрелый диапазон - φ6,5-φ30. Существует много несчастных случаев, связанных с качеством, вызванных сегрегацией фосфора в мелкоразмерном сырье для проволоки и прутков. Давайте поговорим о влиянии сегрегации фосфора и анализе образования трещин для вашей справки.
Добавление фосфора к железу может соответственно закрыть область фазы аустенита на фазовой диаграмме железо-углерод. Поэтому расстояние между солидусом и ликвидусом должно быть увеличено. Когда фосфорсодержащая сталь охлаждается из жидкого состояния в твердое, ей необходимо пройти через широкий температурный диапазон. Скорость диффузии фосфора в стали низкая. В это время расплавленное железо с высокой концентрацией фосфора (низкая температура плавления) заполняет промежутки между первыми затвердевшими дендритами, тем самым образуя сегрегацию фосфора.
В процессе холодной высадки или холодной экструзии часто видны треснувшие изделия. Металлографический осмотр и анализ треснувших изделий показывают, что феррит и перлит распределены полосами, а в матрице отчетливо видна полоса белого железа. В феррите имеются прерывистые полосообразные светло-серые сульфидные включения на этой полосообразной ферритовой матрице. Эта полосообразная структура, вызванная сегрегацией фосфида серы, называется «линией призрака». Это происходит потому, что богатая фосфором зона в области с сильной сегрегацией фосфора выглядит белой и яркой. Из-за высокого содержания фосфора в белой и блестящей ленте содержание углерода в обогащенной фосфором белой и блестящей ленте снижается или содержание углерода очень мало. Таким образом, столбчатые кристаллы непрерывнолитого сляба развиваются по направлению к центру во время непрерывной разливки обогащенной фосфором ленты. . Когда заготовка затвердевает, дендриты аустенита сначала выделяются из расплавленной стали. Фосфор и сера, содержащиеся в этих дендритах, восстанавливаются, но конечная затвердевшая расплавленная сталь богата примесными элементами фосфора и серы, которые затвердевают в Между осью дендрита, из-за высокого содержания фосфора и серы, сера образует сульфид, а фосфор растворяется в матрице. Он нелегко диффундирует и имеет эффект разрядки углерода. Углерод не может быть расплавлен, поэтому вокруг твердого раствора фосфора (стороны ферритовой белой полосы) имеют более высокое содержание углерода. Элемент углерода по обе стороны от ферритового пояса, то есть по обе стороны от области, обогащенной фосфором, соответственно образует узкий, прерывистый перлитный пояс, параллельный ферритовому белому поясу, и прилегающую нормальную ткань отделяют. Когда заготовка нагревается и прессуется, валы будут простираться вдоль направления обработки прокатки. Именно потому, что ферритовая полоса содержит много фосфора, то есть серьезная сегрегация фосфора приводит к образованию серьезной широкой и яркой структуры ферритовой полосы с очевидным железом. В широкой и яркой полосе тела элемента имеются светло-серые полосы сульфида. Эта богатая фосфором ферритовая полоса с длинными полосами сульфида является тем, что мы обычно называем организацией «линии призрака» (см. Рисунок 1-2).
Рисунок 1. Проволока-призрак из углеродистой стали SWRCH35K 200X
Рисунок 2. Проволока-призрак из обычной углеродистой стали Q235 500X
При горячей прокатке стали, пока в заготовке присутствует сегрегация фосфора, невозможно получить равномерную микроструктуру. Более того, из-за сильной сегрегации фосфора образовалась структура «призрачной проволоки», которая неизбежно снизит механические свойства материала.
Сегрегация фосфора в углеродистой стали обычна, но степень ее различна. Когда фосфор сильно сегрегирован (появляется структура «призрачной линии»), это оказывает крайне неблагоприятное воздействие на сталь. Очевидно, что сильная сегрегация фосфора является виновником растрескивания материала во время процесса холодной высадки. Поскольку разные зерна в стали имеют разное содержание фосфора, материал имеет разную прочность и твердость; с другой стороны, это также заставляет материал создавать внутреннее напряжение, это будет способствовать тому, что материал будет склонен к внутреннему растрескиванию. В материале со структурой «призрачной проволоки» именно снижение твердости, прочности, удлинения после разрыва и уменьшение площади, особенно снижение ударной вязкости, приведет к хладноломкости материала, поэтому содержание фосфора и структурные свойства стали имеют очень тесную связь.
Металлографическое обнаружение В ткани «линии призрака» в центре поля зрения находится большое количество светло-серых удлиненных сульфидов. Неметаллические включения в конструкционной стали в основном существуют в виде оксидов и сульфидов. Согласно GB/T10561-2005 «Стандартная таблица градуировки. Метод микроскопического контроля содержания неметаллических включений в стали», включения типа B в это время вулканизируются. Уровень материала достигает 2,5 и выше. Как мы все знаем, неметаллические включения являются потенциальными источниками трещин. Их существование серьезно повреждает непрерывность и компактность микроструктуры стали и значительно снижает межкристаллитную прочность стали. Из этого следует, что наличие сульфидов в «линии призрака» внутренней структуры стали является наиболее вероятным местом для образования трещин. Таким образом, трещины холодной ковки и закалочные трещины термической обработки на большом количестве производственных площадок крепежа вызваны большим количеством светло-серых тонких сульфидов. Появление таких плохих переплетений нарушает непрерывность свойств металла и увеличивает риск термической обработки. «Нить-призрак» не может быть удалена нормализацией и т. д., а примесные элементы должны строго контролироваться с процесса плавки или до поступления сырья на завод.
Неметаллические включения делятся на алюмосиликатные (тип А), силикатные (тип С) и сферические оксидные (тип D) в зависимости от их состава и деформируемости. Их существование нарушает непрерывность металла, и после отслаивания образуются ямки или трещины. Очень легко образовать источник трещин во время холодной осадки и вызвать концентрацию напряжений во время термической обработки, что приводит к образованию закалочных трещин. Поэтому неметаллические включения должны строго контролироваться. Действующие стандарты стали GB/T700-2006 «Углеродистая конструкционная сталь» и GB/T699-2016 «Высококачественная углеродистая конструкционная сталь» не устанавливают четких требований к неметаллическим включениям. Для важных деталей грубые и тонкие линии A, B и C обычно не превышают 1,5, а грубые и тонкие линии D и Ds не превышают 2.
Время публикации: 21 октября 2021 г.
