Аналіз утворення та розтріскування сегрегації фосфору у вуглецевої конструкційної сталі

Аналіз утворення та розтріскування сегрегації фосфору у вуглецевої конструкційної сталі

На даний момент загальними характеристиками катанки та прутків із вуглецевої сталі, що надаються вітчизняними сталелитейними заводами, є φ5,5-φ45, а більш зрілий діапазон — φ6,5-φ30. Існує багато якісних аварій, викликаних сегрегацією фосфору в невеликих катанках і пруткових сировинах. Поговоримо про вплив сегрегації фосфору та аналіз утворення тріщин для довідки.

Додавання фосфору до заліза може відповідно закрити область аустенітної фази на фазовій діаграмі залізо-вуглець. Тому відстань між солідусом і ліквідусом необхідно збільшити. Коли сталь, що містить фосфор, охолоджується з рідкого стану в тверду, їй необхідно пройти через широкий діапазон температур. Швидкість дифузії фосфору в сталі повільна. У цей час розплавленим залізом з високою концентрацією фосфору (низькою температурою плавлення) заповнюються проміжки між першими застиглими дендритами, тим самим утворюючи сегрегацію фосфору.

У процесі холодної висадки або холодної екструзії часто можна побачити продукти з тріщинами. Металографічний огляд і аналіз тріщинних виробів показує, що ферит і перліт розподілені смугами, а в матриці чітко проглядається смуга білого заліза. У фериті є переривчасті смугоподібні світло-сірі сульфідні включення на цій смугоподібній феритовій матриці. Ця смугоподібна структура, спричинена сегрегацією фосфіду сірки, називається «лінією-привидом». Це пояснюється тим, що багата фосфором зона в зоні з сильною сегрегацією фосфору виглядає білою і яскравою. Через високий вміст фосфору в білому і яскравому поясі вміст вуглецю в збагаченому фосфором білому і яскравому поясі зменшується або вміст вуглецю дуже малий. Таким чином, стовпчасті кристали плити безперервного лиття розвиваються до центру під час безперервного розливання збагаченого фосфором стрічки. . Коли заготовка застигає, з розплавленої сталі спочатку випадають аустенітні дендрити. Фосфор і сірка, що містяться в цих дендритах, зменшуються, але остаточна затверділа розплавлена ​​сталь багата на домішки фосфору і сірки, які застигають. фосфор буде розчинятися в матриці. Він нелегко дифундує і має ефект викиду вуглецю. Вуглець не може бути розплавлений, тому навколо твердого розчину фосфору (сторони феритної білої смуги) міститься більший вміст вуглецю. Вуглецеві елементи по обидва боки феритового пояса, тобто по обидва боки від збагаченої фосфором області, відповідно утворюють вузький, переривчастий перлітовий пояс, паралельний феритовому білому поясу, і прилеглі нормальні тканини відокремлюються. Коли заготовка нагрівається і пресується, вали витягнуться вздовж напрямку обробки прокатки. Саме тому, що феритна смуга містить високий вміст фосфору, тобто серйозна сегрегація фосфору призводить до утворення серйозної широкої та яскравої феритової смуги з очевидним залізом. тіло елемента. Ця багата фосфором феритна смуга з довгими смугами сульфіду є організацією, яку ми зазвичай називаємо «лінією привидів» (див. Рисунок 1-2).

Analysis of Formation and Cracking of Phosphorus Segregation in Carbon Structural Steel02
Малюнок 1 Привидний дріт з вуглецевої сталі SWRCH35K 200X

Analysis of Formation and Cracking of Phosphorus Segregation in Carbon Structural Steel01
Малюнок 2 Привидний дріт із звичайної вуглецевої сталі Q235 500X

При гарячому прокаті сталь за умови виділення фосфору в заготовці неможливо отримати однорідну мікроструктуру. Більше того, внаслідок сильної сегрегації фосфору утворилася структура «привидного дроту», яка неминуче знизить механічні властивості матеріалу. .

Сегрегація фосфору у вуглецевій сталі поширена, але ступінь різна. Коли фосфор сильно відокремлюється (з’являється структура «лінія привидів»), це спричиняє надзвичайно несприятливий вплив на сталь. Очевидно, що серйозна сегрегація фосфору є винуватцем розтріскування матеріалу під час процесу холодної висадки. Оскільки різні зерна в сталі мають різний вміст фосфору, матеріал має різну міцність і твердість; з іншого боку, це також змушує матеріал виробляти внутрішнє напруження, це сприятиме тому, що матеріал буде схильним до внутрішнього розтріскування. У матеріалі зі структурою «привидного дроту» саме зниження твердості, міцності, подовження після руйнування та зменшення площі, особливо зменшення ударної в’язкості, призведе до холодної крихкості матеріалу, тому вміст фосфору і структурні властивості сталі мають дуже тісний взаємозв'язок.

Металографічне виявлення У тканині «примарна лінія» в центрі поля зору є велика кількість світло-сірих видовжених сульфідів. Неметалічні включення в конструкційній сталі переважно існують у вигляді оксидів і сульфідів. Відповідно до GB/T10561-2005 "Стандартний метод мікроскопічного контролю за вмістом неметалевих включень у сталі", включення типу B вулканізуються в цей час. Рівень матеріалу досягає 2,5 і вище. Як ми всі знаємо, неметалічні включення є потенційними джерелами тріщин. Їх існування серйозно пошкодить безперервність і компактність мікроструктури сталі, а також значно знизить міжкристалічну міцність сталі. З цього можна зробити висновок, що наявність сульфідів у «примарній лінії» внутрішньої структури сталі є найбільш вірогідним місцем утворення тріщин. Тому тріщини холодного кування та тріщини загартування термічної обробки у великій кількості об’єктів виробництва кріпильних виробів викликані великою кількістю світло-сірих тонких сульфідів. Поява таких поганих переплетень руйнує безперервність властивостей металу і підвищує ризик термічної обробки. «Нитка-привид» не може бути видалена шляхом нормалізації тощо, а елементи домішок слід суворо контролювати в процесі плавки або перед надходженням сировини на фабрику.

За складом і деформованістю неметалічні включення поділяють на глинозем (тип А), силікатні (тип С) і сферичні оксидні (тип D). Їх існування обриває безперервність металу, і після відшаровування утворюються ямки або тріщини. Дуже легко утворити джерело тріщин під час холодного осадження і викликати концентрацію напружень під час термічної обробки, що призводить до гасіння тріщин. Тому неметалеві включення необхідно суворо контролювати. Чинні стандарти на сталь GB/T700-2006 «Вуглецева конструкційна сталь» і GB/T699-2016 «Висока вуглецева конструкційна сталь» не висувають чітких вимог до неметалевих включень. . Для важливих частин грубі і тонкі лінії A, B і C зазвичай не більше 1,5, а грубі і тонкі лінії D і D - не більше 2.


Час розміщення: 21 жовтня 2021 року