Анализа формирања и пуцања сегрегације фосфора у угљеничном конструкционом челику
Тренутно, уобичајене спецификације за шипке и арматуру од угљеничног конструкционог челика које испоручују домаће челичане су φ5,5-φ45, а зрелији опсег је φ6,5-φ30. Постоје многе незгоде са квалитетом узроковане сегрегацијом фосфора у сировинама за шипке и арматуру мале величине. Хајде да разговарамо о утицају сегрегације фосфора и анализи стварања пукотина ради ваше референце.
Додавање фосфора гвожђу може сходно томе затворити област аустенитне фазе у фазном дијаграму гвожђе-угљеник. Стога, растојање између солидуса и ликвидуса мора бити повећано. Када се челик који садржи фосфор хлади из течног у чврсто стање, он мора проћи кроз широк температурни опсег. Брзина дифузије фосфора у челику је спора. У овом тренутку, растопљено гвожђе са високом концентрацијом фосфора (ниска тачка топљења) попуњава празнине између првих очврслих дендрита, чиме се формира сегрегација фосфора.
У процесу хладног сабијања или хладне екструзије, често се виде производи са пукотинама. Металографски преглед и анализа производа са пукотинама показује да су ферит и перлит распоређени у тракама, а трака белог гвожђа се јасно види у матрици. У фериту се на овој тракастој феритној матрици налазе испрекидане светло сиве сулфидне инклузије у облику трака. Ова тракаста структура узрокована сегрегацијом сумпорфосфида назива се „линија духа“. То је зато што зона богата фосфором у подручју са јаком сегрегацијом фосфора изгледа бело и светло. Због високог садржаја фосфора у белом и светлом појасу, садржај угљеника у белом и светлом појасу обогаћеном фосфором је смањен или је садржај угљеника веома мали. На овај начин, стубасти кристали континуално ливене плоче развијају се према центру током континуалног ливења траке обогаћене фосфором. Када се греда стврдне, аустенитни дендрити се прво таложе из растопљеног челика. Фосфор и сумпор садржани у овим дендритима су редуковани, али коначни очврсли растопљени челик је богат нечистоћама фосфора и сумпора, које се стврдњавају између осе дендрита. Због високог садржаја фосфора и сумпора, сумпор ће формирати сулфид, а фосфор ће се растворити у матрици. Није лако дифундовати и има ефекат испуштања угљеника. Угљеник се не може топити, па око чврстог раствора фосфора (стране феритне беле траке) постоји већи садржај угљеника. Угљенични елементи са обе стране феритне траке, односно са обе стране подручја обогаћеног фосфором, формирају уску, испрекидану перлитну траку паралелну са феритном белом траком, а суседно нормално ткиво се одваја. Када се гредица загреје и пресује, осовине ће се протезати дуж правца ваљања. Управо зато што феритна трака садржи много фосфора, односно озбиљна сегрегација фосфора доводи до формирања озбиљне широке и светле феритне тракасте структуре, са очигледним гвожђем. Постоје светло сиве траке сулфида у широкој и светлој траци тела елемента. Ова феритна трака богата фосфором са дугим тракама сулфида је оно што обично називамо организацијом „линије духова“ (видети слику 1-2).
Слика 1. Жица за индуктивност од угљеничног челика SWRCH35K 200X
Слика 2. Жица за туширање од обичног угљеничног челика Q235 500X
Када се челик топло ваља, све док постоји сегрегација фосфора у гредици, немогуће је добити једноличну микроструктуру. Штавише, због јаке сегрегације фосфора, формира се структура „фантомске жице“, што ће неизбежно смањити механичка својства материјала.
Сегрегација фосфора у угљеничном челику је уобичајена, али степен је различит. Када је фосфор јако сегрегиран (појављује се структура „фантомске линије“), то ће имати изузетно негативне ефекте на челик. Очигледно је да је јака сегрегација фосфора узрок пуцања материјала током процеса хладног савијања. Пошто различита зрна у челику имају различит садржај фосфора, материјал има различиту чврстоћу и тврдоћу; с друге стране, то такође доводи до стварања унутрашњег напрезања у материјалу, што ће допринети да материјал буде склонији унутрашњим пуцањима. Код материјала са структуром „фантомске жице“, управо смањење тврдоће, чврстоће, издужења након лома и смањење површине, посебно смањење ударне жилавости, доводи до хладне кртости материјала, тако да садржај фосфора и структурна својства челика имају веома блиску везу.
Металографска детекција У ткиву „фантомске линије“ у центру видног поља налази се велики број светло сивих издужених сулфида. Неметални инклузији у конструкционом челику углавном постоје у облику оксида и сулфида. Према GB/T10561-2005 „Стандардна метода микроскопског прегледа садржаја неметалних инклузија у челику“, инклузије типа Б су вулканизоване у овом тренутку, ниво материјала достиже 2,5 и више. Као што сви знамо, неметални инклузији су потенцијални извори пукотина. Њихово присуство ће озбиљно оштетити континуитет и компактност микроструктуре челика и значајно смањити интеркристалну чврстоћу челика. Из овога се закључује да је присуство сулфида у „фантомској линији“ унутрашње структуре челика највероватније место за пуцање. Стога су пукотине настале хладним ковањем и пукотине термичке обраде у великом броју производних места за причвршћивање узроковане великим бројем светло сивих витких сулфида. Појава таквих лоших преплета уништава континуитет својстава метала и повећава ризик од термичке обраде. „Фантомска нит“ се не може уклонити нормализацијом итд., а нечистоће треба строго контролисати од процеса топљења или пре него што сировине уђу у фабрику.
Неметални инклузији се деле на алуминијум-оксид (тип А), силикат (тип Ц) и сферни оксид (тип Д) према њиховом саставу и деформабилности. Њихово присуство прекида континуитет метала, а након љуштења се формирају јаме или пукотине. Веома је лако формирати извор пукотина током хладног сабијања и изазвати концентрацију напона током термичке обраде, што доводи до пуцања услед каљења. Стога, неметални инклузији морају бити строго контролисани. Тренутни стандарди за челик GB/T700-2006 „Угљенични конструкциони челик“ и GB/T699-2016 „Висококвалитетни угљенични конструкциони челик“ не постављају јасне захтеве за неметалне инклузије. За важне делове, грубе и фине линије А, Б и Ц генерално нису веће од 1,5, а грубе и фине линије D и D нису веће од 2.
Време објаве: 21. октобар 2021.
