Analyse der Bildung und Rissbildung von Phosphorseigerung in Kohlenstoffbaustahl
Derzeit sind die üblichen Spezifikationen für Walzdrähte und Stäbe aus Kohlenstoffbaustahl, die von inländischen Stahlwerken geliefert werden, φ5,5-φ45, und der ausgereiftere Bereich ist φ6,5-φ30.Es gibt viele Qualitätsunfälle, die durch Phosphorseigerung in kleinen Walzdraht- und Stangenrohmaterialien verursacht werden.Lassen Sie uns über den Einfluss der Phosphorseigerung und die Analyse der Rissbildung als Referenz sprechen.
Die Zugabe von Phosphor zu Eisen kann entsprechend das Austenit-Phasengebiet im Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild schließen.Daher muss der Abstand zwischen Solidus und Liquidus vergrößert werden.Wenn phosphorhaltiger Stahl von flüssig zu fest abgekühlt wird, muss er einen weiten Temperaturbereich durchlaufen.Die Diffusionsgeschwindigkeit von Phosphor in Stahl ist langsam.Zu diesem Zeitpunkt wird geschmolzenes Eisen mit einer hohen Phosphorkonzentration (niedriger Schmelzpunkt) in die Lücken zwischen den ersten verfestigten Dendriten gefüllt, wodurch eine Phosphorsegregation gebildet wird.
Beim Kaltstauch- oder Kaltfließpressverfahren treten häufig rissige Produkte auf.Die metallographische Untersuchung und Analyse der gecrackten Produkte zeigt, dass Ferrit und Perlit in Bändern verteilt sind und ein Streifen aus weißem Eisen in der Matrix deutlich zu sehen ist.Auf dieser bandförmigen Ferritmatrix befinden sich im Ferrit intermittierende bandförmige hellgraue Sulfid-Einschlüsse.Diese durch die Ausscheidung von Schwefelphosphid verursachte bandförmige Struktur wird "Geisterlinie" genannt.Denn die phosphorreiche Zone im Bereich mit starker Phosphorausscheidung erscheint weiß und hell.Aufgrund des hohen Phosphorgehalts des Weiß- und Glanzbandes ist der Kohlenstoffgehalt im mit Phosphor angereicherten Weiß- und Glanzband reduziert bzw. der Kohlenstoffgehalt ist sehr gering.Auf diese Weise entwickeln sich die Stengelkristalle der Stranggussbramme während des Stranggießens des mit Phosphor angereicherten Bandes zur Mitte hin..Wenn der Knüppel erstarrt ist, werden zuerst Austenit-Dendriten aus dem geschmolzenen Stahl ausgeschieden.Der in diesen Dendriten enthaltene Phosphor und Schwefel werden reduziert, aber der endgültig erstarrte geschmolzene Stahl ist reich an Phosphor- und Schwefelverunreinigungselementen, die sich aufgrund des hohen Gehalts an Phosphor und Schwefel zwischen der Dendritenachse verfestigen, Schwefel bildet Sulfid und Phosphor wird in der Matrix gelöst.Es ist nicht leicht zu diffundieren und hat die Wirkung, Kohlenstoff abzugeben.Kohlenstoff kann nicht eingeschmolzen werden, daher haben um den Phosphormischkristall herum (die Seiten des weißen Ferritbands) einen höheren Kohlenstoffgehalt.Kohlenstoffelemente auf beiden Seiten des Ferritgürtels, das heißt auf beiden Seiten des mit Phosphor angereicherten Bereichs, bilden jeweils einen schmalen, intermittierenden Perlitgürtel parallel zum weißen Ferritgürtel und trennen das angrenzende normale Gewebe.Wenn der Knüppel erhitzt und gepresst wird, erstrecken sich die Wellen entlang der Walzbearbeitungsrichtung.Gerade weil das Ferritband viel Phosphor enthält, führt die starke Phosphorsegregation zur Bildung einer ernsthaften breiten und hellen Ferritbandstruktur mit offensichtlichem Eisen. Es gibt hellgraue Sulfidstreifen in dem breiten und hellen Band des Elementkörper.Dieses phosphorreiche Ferritband mit langen Sulfidstreifen wird allgemein als „Geisterlinien“-Organisation bezeichnet (siehe Abbildung 1-2).
Abbildung 1 Geisterdraht aus Kohlenstoffstahl SWRCH35K 200X
Abbildung 2 Geisterdraht aus unlegiertem Kohlenstoffstahl Q235 500X
Wenn Stahl warmgewalzt wird, ist es unmöglich, eine gleichmäßige Mikrostruktur zu erhalten, solange es eine Phosphorseigerung im Barren gibt.Darüber hinaus hat sich aufgrund der starken Phosphorausscheidung eine "Geisterdraht"-Struktur gebildet, die zwangsläufig die mechanischen Eigenschaften des Materials verringert..
Die Segregation von Phosphor in Kohlenstoffstahl ist üblich, aber das Ausmaß ist unterschiedlich.Wenn der Phosphor stark entmischt ist (die "Geisterlinien"-Struktur erscheint), bringt dies äußerst nachteilige Auswirkungen auf den Stahl.Offensichtlich ist die starke Abscheidung von Phosphor der Grund für Materialrisse während des Kaltstauchverfahrens.Da verschiedene Körner im Stahl einen unterschiedlichen Phosphorgehalt haben, hat das Material unterschiedliche Festigkeit und Härte;Auf der anderen Seite wird es auch dazu führen, dass das Material innere Spannungen erzeugt, wodurch das Material anfällig für innere Risse wird.Bei Werkstoffen mit „Geisterdraht“-Struktur ist es gerade die Verringerung von Härte, Festigkeit, Bruchdehnung und Querschnittsverringerung, insbesondere die Verringerung der Schlagzähigkeit, die zur Kaltversprödung des Werkstoffs führt, also des Phosphorgehalts und die strukturellen Eigenschaften von Stahl haben eine sehr enge Beziehung.
Metallografischer Nachweis Im „Geisterlinien“-Gewebe in der Mitte des Sichtfelds gibt es eine große Anzahl hellgrauer länglicher Sulfide.Die nichtmetallischen Einschlüsse im Baustahl liegen hauptsächlich in Form von Oxiden und Sulfiden vor.Gemäß GB/T10561-2005 „Standard Grading Chart Microscopic Inspection Method for the Content of Non-Metallic Inclusions in Steel“ werden die Einschlüsse des Typs B zu diesem Zeitpunkt vulkanisiert. Das Materialniveau erreicht 2,5 und mehr.Wie wir alle wissen, sind nichtmetallische Einschlüsse potenzielle Rissquellen.Ihre Existenz wird die Kontinuität und Kompaktheit der Stahlmikrostruktur ernsthaft beeinträchtigen und die Korngrenzenfestigkeit von Stahl stark verringern.Daraus wird gefolgert, dass das Vorhandensein von Sulfiden in der "Geisterlinie" der inneren Struktur des Stahls die wahrscheinlichste Stelle für Rissbildung ist.Daher werden Kaltschmiederisse und Wärmebehandlungsabschreckrisse in einer großen Anzahl von Produktionsstätten für Verbindungselemente durch eine große Anzahl von hellgrauen, schlanken Sulfiden verursacht.Das Auftreten solch schlechter Gewebe zerstört die Kontinuität der Metalleigenschaften und erhöht das Risiko einer Wärmebehandlung.Der "Geisterfaden" kann nicht durch Normalisieren usw. entfernt werden, und Verunreinigungen sollten streng vom Schmelzprozess oder bevor die Rohstoffe in die Fabrik gelangen, kontrolliert werden.
Nichtmetallische Einschlüsse werden nach ihrer Zusammensetzung und Verformbarkeit in Tonerde (Typ A), Silikat (Typ C) und kugelförmiges Oxid (Typ D) eingeteilt.Ihre Existenz unterbricht die Kontinuität des Metalls, und nach dem Ablösen bilden sich Vertiefungen oder Risse.Es ist sehr leicht, während des Kaltstauchens eine Rissquelle zu bilden und während der Wärmebehandlung eine Spannungskonzentration zu verursachen, was zu Abschreckrissen führt.Daher müssen nichtmetallische Einschlüsse streng kontrolliert werden.Die aktuellen Stahlnormen GB/T700-2006 „Carbon Structural Steel“ und GB/T699-2016 „High-quality Carbon Structural Steel“ stellen keine klaren Anforderungen an nichtmetallische Einschlüsse..Bei wichtigen Teilen betragen die groben und feinen Linien von A, B und C im Allgemeinen nicht mehr als 1,5 und die groben und feinen Linien von D und D nicht mehr als 2.
Postzeit: 21. Oktober 2021
