Analýza tvorby a praskania segregácie fosforu v uhlíkovej konštrukčnej oceli
V súčasnosti sú bežné špecifikácie valcovaných drôtov a tyčí z uhlíkovej konštrukčnej ocele, ktoré dodávajú domáce oceliarne, φ5,5-φ45 a v pokročilejšom rozmedzí je φ6,5-φ30. V dôsledku segregácie fosforu v malých surovinách na výrobu valcovaných drôtov a tyčí dochádza k mnohým nehodám pri kvalite. Pre vašu informáciu si povedzme o vplyve segregácie fosforu a analýze tvorby trhlín.
Pridanie fosforu do železa môže zodpovedajúcim spôsobom uzavrieť oblasť austenitickej fázy vo fázovom diagrame železo-uhlík. Preto sa musí zväčšiť vzdialenosť medzi solidusom a likvidusom. Keď sa oceľ obsahujúca fosfor ochladzuje z kvapalného do tuhého stavu, musí prejsť širokým teplotným rozsahom. Rýchlosť difúzie fosforu v oceli je pomalá. V tomto čase roztavené železo s vysokou koncentráciou fosforu (nízka teplota topenia) vyplní medzery medzi prvými stuhnutými dendritmi, čím sa vytvorí segregácia fosforu.
Pri procese valcovania za studena alebo extrúzie za studena sa často vyskytujú prasknuté produkty. Metalografická kontrola a analýza prasknutých produktov ukazuje, že ferit a perlit sú rozložené v pásoch a v matrici je jasne viditeľný pás bieleho železa. Vo feritoch sa na tejto pásovitej feritovej matrici nachádzajú prerušované pásovité svetlosivé sulfidové inklúzie. Táto pásovitá štruktúra spôsobená segregáciou fosfidu síry sa nazýva „čiara duchov“. Je to preto, že zóna bohatá na fosfor v oblasti so silnou segregáciou fosforu sa javí ako biela a jasná. V dôsledku vysokého obsahu fosforu v bielom a lesklom páse je obsah uhlíka v bielom a lesklom páse obohatenom fosforom znížený alebo je obsah uhlíka veľmi malý. Týmto spôsobom sa stĺpcovité kryštály kontinuálne liateho plátu počas kontinuálneho odlievania pásu obohateného fosforom vyvíjajú smerom k stredu. Keď polotovar stuhne, z roztavenej ocele sa najskôr vyzrážajú austenitové dendrity. Fosfor a síra obsiahnuté v týchto dendritoch sú redukované, ale konečná stuhnutá roztavená oceľ je bohatá na nečistoty fosforu a síry, ktoré tuhnú medzi osou dendritov. V dôsledku vysokého obsahu fosforu a síry síra tvorí sulfid a fosfor sa rozpúšťa v matrici. Nie je ľahké difundovať a má za následok uvoľňovanie uhlíka. Uhlík sa nedá roztaviť, takže okolo tuhého roztoku fosforu (boky feritového bieleho pásu) je vyšší obsah uhlíka. Uhlíkové zložky na oboch stranách feritového pásu, teda na oboch stranách oblasti obohatenej fosforom, tvoria úzky, prerušovaný perlitový pás rovnobežný s feritovým bielym pásom a susediace normálne tkanivo sa oddeľujú. Keď sa polotovar zahrieva a lisuje, hriadele sa rozprestierajú pozdĺž smeru valcovania. Práve preto, že feritový pás obsahuje vysoký obsah fosforu, silná segregácia fosforu vedie k vytvoreniu silnej širokej a jasnej feritovej pásovej štruktúry s viditeľným železom. V širokom a jasnom páse telesa prvku sú svetlosivé pásy sulfidu. Tento feritový pás bohatý na fosfor s dlhými prúžkami sulfidu je to, čo bežne nazývame organizáciou „fantomovej čiary“ (pozri obrázok 1-2).
Obrázok 1 Drôt z uhlíkovej ocele SWRCH35K 200X
Obrázok 2 Drôt z nehrdzavejúcej ocele Q235 500X
Pri valcovaní ocele za tepla nie je možné dosiahnuť jednotnú mikroštruktúru, pokiaľ je v predvalku prítomná segregácia fosforu. Navyše, v dôsledku silnej segregácie fosforu sa vytvára štruktúra „fantomového drôtu“, ktorá nevyhnutne znižuje mechanické vlastnosti materiálu.
Segregácia fosforu v uhlíkovej oceli je bežná, ale stupeň je odlišný. Keď je fosfor silne segregovaný (objavuje sa štruktúra „duchovej čiary“), má to extrémne nepriaznivé účinky na oceľ. Silná segregácia fosforu je samozrejme príčinou praskania materiálu počas procesu valcovania za studena. Pretože rôzne zrná v oceli majú rôzny obsah fosforu, materiál má rôznu pevnosť a tvrdosť; na druhej strane to tiež spôsobuje vnútorné napätie v materiáli, čo zvyšuje jeho náchylnosť na vnútorné praskanie. V materiáli so štruktúrou „duchovej čiary“ dochádza práve k zníženiu tvrdosti, pevnosti, predĺženia po lome a zmenšeniu plochy, najmä k zníženiu rázovej húževnatosti, čo vedie k krehkosti materiálu za studena, takže obsah fosforu a štrukturálne vlastnosti ocele majú veľmi blízky vzťah.
Metalografická detekcia V „priehľadnej čiare“ v strede zorného poľa sa nachádza veľké množstvo svetlosivých predĺžených sulfidov. Nekovové inklúzie v konštrukčnej oceli sa vyskytujú prevažne vo forme oxidov a sulfidov. Podľa normy GB/T10561-2005 „Štandardná metóda mikroskopickej kontroly obsahu nekovových inklúzií v oceli“ sú inklúzie typu B v tomto čase vulkanizované, pričom úroveň obsahu materiálu dosahuje 2,5 a viac. Ako všetci vieme, nekovové inklúzie sú potenciálnymi zdrojmi trhlín. Ich existencia vážne poškodzuje kontinuitu a kompaktnosť mikroštruktúry ocele a výrazne znižuje medzikryštalickú pevnosť ocele. Z toho vyplýva, že prítomnosť sulfidov v „priehľadnej čiare“ vnútornej štruktúry ocele je najpravdepodobnejším miestom pre vznik trhlín. Preto sú trhliny pri kovaní za studena a trhliny pri tepelnom spracovaní vo veľkom počte výrobných závodov spojovacích prvkov spôsobené veľkým množstvom svetlosivých štíhlych sulfidov. Výskyt takýchto zlých väzieb narúša kontinuitu vlastností kovu a zvyšuje riziko tepelného spracovania. „Fantasy vlákno“ sa nedá odstrániť normalizáciou atď. a nečistoty by sa mali prísne kontrolovať už od procesu tavenia alebo predtým, ako suroviny vstúpia do továrne.
Nekovové inklúzie sa podľa zloženia a deformovateľnosti delia na oxid hlinitý (typ A), kremičitan (typ C) a sférický oxid (typ D). Ich prítomnosť narúša kontinuitu kovu a po odlupovaní sa tvoria jamky alebo praskliny. Počas studeného namáhania sa veľmi ľahko vytvárajú trhliny, ktoré počas tepelného spracovania spôsobujú koncentráciu napätia, čo vedie k praskaniu pri kalení. Preto musia byť nekovové inklúzie prísne kontrolované. Súčasné normy pre oceľ GB/T700-2006 „Uhlíková konštrukčná oceľ“ a GB/T699-2016 „Vysokokvalitná uhlíková konštrukčná oceľ“ nestanovujú jasné požiadavky na nekovové inklúzie. V prípade dôležitých častí nie sú hrubé a jemné čiary A, B a C vo všeobecnosti väčšie ako 1,5 a hrubé a jemné čiary D a D nie sú väčšie ako 2.
Čas uverejnenia: 21. októbra 2021
