Анализ образования и растрескивания сегрегации фосфора в углеродистой конструкционной стали
В настоящее время общие спецификации катанки и прутков из углеродистой конструкционной стали, поставляемые отечественными сталелитейными заводами, составляют φ5,5-φ45, а более зрелый диапазон составляет φ6,5-φ30.Существует много нарушений качества, вызванных сегрегацией фосфора в мелкоразмерной катанке и прутковом сырье.Давайте поговорим о влиянии сегрегации фосфора и анализе образования трещин для справки.
Добавление фосфора к железу может соответственно закрыть область аустенитной фазы на фазовой диаграмме железо-углерод.Следовательно, расстояние между солидусом и ликвидусом должно быть увеличено.Когда фосфорсодержащую сталь охлаждают из жидкой в твердую, ей необходимо пройти через широкий диапазон температур.Скорость диффузии фосфора в стали низкая.В это время расплавленное железо с высокой концентрацией фосфора (низкой температурой плавления) заполняет промежутки между первыми затвердевшими дендритами, тем самым формируя сегрегацию фосфора.
В процессе холодной высадки или холодной экструзии часто наблюдаются трещины в продуктах.Металлографический осмотр и анализ продуктов с трещинами показывают, что феррит и перлит распределены полосами, а в матрице отчетливо видна полоска белого железа.В феррите имеются прерывистые лентовидные светло-серые сульфидные включения на этой лентовидной ферритовой матрице.Эта лентообразная структура, вызванная выделением фосфида серы, называется «линия-призрак».Это связано с тем, что богатая фосфором зона в области с сильной сегрегацией фосфора выглядит белой и яркой.Из-за высокого содержания фосфора в белом и ярком поясе содержание углерода в обогащенном фосфором белом и ярком поясе снижено или содержание углерода очень мало.Таким образом, столбчатые кристаллы сляба непрерывной разливки развиваются по направлению к центру во время непрерывной разливки обогащенной фосфором ленты..Когда заготовка затвердевает, из расплавленной стали сначала выделяются аустенитные дендриты.Фосфор и сера, содержащиеся в этих дендритах, восстанавливаются, но конечная затвердевшая расплавленная сталь богата элементами примесей фосфора и серы, которые затвердевают между осью дендритов из-за высокого содержания фосфора и серы, сера образует сульфид, и фосфор будет растворен в матрице.Его нелегко рассеивать, и он приводит к выбросу углерода.Углерод не может быть расплавлен, поэтому вокруг твердого раствора фосфора (по бокам белой полосы феррита) содержится более высокое содержание углерода.Углеродный элемент по обеим сторонам ферритового пояса, то есть по обе стороны от области, обогащенной фосфором, соответственно образует узкий, прерывистый перлитный пояс, параллельный белому ферритовому поясу, а прилегающая нормальная ткань отделяется.Когда заготовка нагревается и прессуется, валы проходят вдоль направления обработки прокатки.Именно потому, что полоса феррита содержит высокое содержание фосфора, то есть серьезная ликвация фосфора приводит к образованию серьезной широкой и яркой структуры полос феррита с явным железом. В широкой и яркой полосе феррита видны светло-серые полосы сульфида. тело элемента.Эта полоса богатого фосфором феррита с длинными полосами сульфида представляет собой то, что мы обычно называем организацией «линии-призрака» (см. рис. 1-2).
Рис. 1 Провод-фантом из углеродистой стали SWRCH35K 200X
Рис. 2 Провод-фантом из простой углеродистой стали Q235 500X
При горячекатаной стали до тех пор, пока в заготовке присутствует ликвация фосфора, невозможно получить однородную микроструктуру.Более того, из-за сильной сегрегации фосфора образовалась структура «фантомной проволоки», что неизбежно приведет к снижению механических свойств материала..
Выделение фосфора в углеродистой стали является обычным явлением, но степень его различна.Когда фосфор сильно сегрегируется (появляется структура «фантомной линии»), это оказывает крайне неблагоприятное воздействие на сталь.Очевидно, сильная сегрегация фосфора является причиной растрескивания материала в процессе холодной высадки.Поскольку разные зерна 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 «призрачная проволока» именно снижение твердости, прочности, удлинение после разрушения 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 «фантомной линии» в центре поля зрения имеется большое количество светло-серых вытянутых сульфидов.Неметаллические включения в конструкционной стали в основном существуют в виде оксидов и сульфидов.Согласно GB/T10561-2005 «Стандартный 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 наличие серьезно повредит сплошности и компактности микроструктуры стали и значительно снизит межкристаллитную прочность стали.Из этого следует, что присутствие сульфидов в «фантомной линии» внутренней структуры стали является наиболее вероятным местом для растрескивания.Следовательно, трещины холодной штамповки и трещины термической закалки на большом количестве площадок по производству крепежных изделий вызваны большим количеством светло-серых тонких сульфидов.Появление таких плохих переплетений нарушает непрерывность свойств металла и увеличивает риск термической обработки.«Призрачная нить» не может быть удалена нормализацией и т. д., а элементы-примеси должны строго контролироваться в процессе плавки или до того, как сырье поступит на завод.
Неметаллические включения по составу и деформируемости делятся на алюмооксидные (тип А), силикатные (тип С) и сферические оксидные (тип D).Их наличие нарушает сплошность металла, и после отслаивания образуются ямки или трещины.Очень легко образовать очаг трещин при холодной осадке и вызвать концентрацию напряжений при термической обработке, что приведет к закалочному растрескиванию.Поэтому неметаллические включения необходимо строго контролировать.Действующие стандарты стали GB/T700-2006 «Углеродистая конструкционная сталь» и GB/T699-2016 «Высококачественная углеродистая конструкционная сталь» не содержат четких требований к неметаллическим включениям..Для важных частей 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.
