Analys av bildning och sprickbildning av fosforsegregering i kolkonstruktionsstål
För närvarande är de vanliga specifikationerna för trådstänger och stänger av kolkonstruktionsstål som tillhandahålls av inhemska stålverk φ5,5-φ45, och det mer mogna intervallet är φ6,5-φ30. Det finns många kvalitetsolyckor orsakade av fosforsegregation i små trådstänger och stänger. Låt oss prata om fosforsegregationens inverkan och analysen av sprickbildning som referens.
Tillsats av fosfor till järn kan på motsvarande sätt stänga austenitfasregionen i järn-kol-fasdiagrammet. Därför måste avståndet mellan solidusfasen och liquidusfasen ökas. När fosforhaltigt stål kyls från flytande till fast fas måste det passera genom ett brett temperaturområde. Diffusionshastigheten för fosfor i stål är långsam. Vid denna tidpunkt fylls smält järn med hög fosforkoncentration (låg smältpunkt) i mellanrummen mellan de första stelnade dendriterna, varigenom fosforsegregation bildas.
I kallpressning eller kall extruderingsprocessen ses ofta spruckna produkter. Metallografisk inspektion och analys av de spruckna produkterna visar att ferrit och perlit är fördelade i band, och en remsa av vitt järn kan tydligt ses i matrisen. I ferriten finns intermittenta bandformade ljusgrå sulfidinneslutningar på denna bandformade ferritmatris. Denna bandformade struktur som orsakas av segregeringen av svavelfosfid kallas "spöklinje". Detta beror på att den fosforrika zonen i området med kraftig fosforsegregering framstår som vit och ljus. På grund av den höga fosforhalten i det vita och ljusa bältet minskar kolhalten i det fosforberikade vita och ljusa bältet eller så är kolhalten mycket liten. På detta sätt utvecklas de kolumnära kristallerna i den kontinuerliga gjutningsplattan mot mitten under kontinuerlig gjutning av det fosforberikade bältet. När ämnet stelnar fälls först austenitdendriter ut från det smälta stålet. Fosfor och svavel i dessa dendriter reduceras, men det slutliga stelnade smälta stålet är rikt på fosfor- och svavelföroreningar, vilka stelnar mellan dendritaxeln. På grund av det höga fosfor- och svavelinnehållet bildas svavel som löses upp i matrisen. Det diffunderar inte lätt och har effekten att kol frigörs. Kol kan inte smältas in, så det finns en högre kolhalt runt den fasta fosforlösningen (sidorna av det vita ferritbandet). Kolelementet på båda sidor av ferritbältet, det vill säga på båda sidor av det fosforberikade området, bildar ett smalt, intermittent perlitbälte parallellt med det vita ferritbältet och den intilliggande normala vävnaden separeras. När ämnet värms upp och pressas kommer axlarna att sträcka sig längs valsningsriktningen. Det är just på grund av att ferritbandet innehåller mycket fosfor, det vill säga att den kraftiga fosforsegringen leder till bildandet av en kraftigt bred och ljus ferritbandstruktur, med tydligt järn. Det finns ljusgrå sulfidremsor i elementkroppens breda och ljusa band. Detta fosforrika ferritband med långa remsor av sulfid är vad vi vanligtvis kallar "spöklinjeorganisationen" (se figur 1-2).
Figur 1 Spöktråd i kolstål SWRCH35K 200X
Figur 2 Spöktråd i slätt kolstål Q235 500X
När stål varmvalsas, så länge det finns fosforsegregation i valsämnet, är det omöjligt att erhålla en enhetlig mikrostruktur. Dessutom, på grund av kraftig fosforsegregation, har en "spöktrådsstruktur" bildats, vilket oundvikligen kommer att minska materialets mekaniska egenskaper.
Fosforsegregering i kolstål är vanligt förekommande, men graden är olika. När fosforn är kraftigt segregerad (en "spöklinjestruktur" uppstår) kommer det att medföra extremt negativa effekter på stålet. Den kraftiga fosforsegregeringen är uppenbarligen boven i dramat för materialets sprickbildning under kallpressningsprocessen. Eftersom olika stålkorn har olika fosforhalter har materialet olika styrka och hårdhet. Å andra sidan gör det också att materialet producerar inre spänningar, vilket gör materialet mer benäget för inre sprickbildning. I material med "spöktrådsstruktur" är det just minskningen av hårdhet, styrka, brottöjning och minskning av area, särskilt minskningen av slagtålighet, som leder till materialets kallsprödhet, så fosforhalten och stålets strukturella egenskaper har ett mycket nära samband.
Metallografisk detektion I "spöklinjen"-vävnaden i mitten av synfältet finns ett stort antal ljusgrå, avlånga sulfider. De icke-metalliska inneslutningarna i konstruktionsstål förekommer huvudsakligen i form av oxider och sulfider. Enligt GB/T10561-2005 "Standard Grading Chart Microscopic Inspection Method for the Content of Non-metallic Inclusions in Steel" vulkaniseras inneslutningarna av typ B vid denna tidpunkt. Materialnivån når 2,5 och högre. Som vi alla vet är icke-metalliska inneslutningar potentiella källor till sprickor. Deras närvaro kommer allvarligt att skada stålets mikrostrukturs kontinuitet och kompakthet och kraftigt minska stålets intergranulära hållfasthet. Av detta kan man dra slutsatsen att närvaron av sulfider i "spöklinjen" i stålets inre struktur är den mest sannolika platsen för sprickbildning. Därför orsakas kallsmidningssprickor och värmebehandlingssprickor i ett stort antal produktionsanläggningar för fästelement av ett stort antal ljusgrå, smala sulfider. Uppkomsten av sådana dåliga vävtrådar förstör metallens kontinuitet och ökar risken för värmebehandling. "Spöktråden" kan inte avlägsnas genom normalisering etc., och föroreningselement bör strikt kontrolleras från smältprocessen eller innan råmaterialen kommer in i fabriken.
Icke-metalliska inneslutningar delas in i aluminiumoxid (typ A) silikat (typ C) och sfärisk oxid (typ D) beroende på deras sammansättning och deformerbarhet. Deras närvaro avskär metallens kontinuitet, och gropar eller sprickor bildas efter skalning. Det är mycket lätt att bilda en källa till sprickor under kallupplösning och orsaka spänningskoncentration under värmebehandling, vilket resulterar i sprickbildning. Därför måste icke-metalliska inneslutningar kontrolleras strikt. De nuvarande standarderna GB/T700-2006 "Carbon Structural Steel" och GB/T699-2016 "High-quality Carbon Structural Steel" ställer inga tydliga krav på icke-metalliska inneslutningar. För viktiga delar är de grova och fina linjerna för A, B och C i allmänhet inte mer än 1,5, och de grova och fina linjerna för D och D är inte mer än 2.
Publiceringstid: 21 oktober 2021
