Phân tích sự hình thành và nứt vỡ của sự phân tách phốt pho trong thép kết cấu cacbon

Phân tích sự hình thành và nứt vỡ của sự phân tách phốt pho trong thép kết cấu cacbon

Hiện tại, các thông số kỹ thuật phổ biến của thép cuộn và thanh thép kết cấu cacbon do các nhà máy thép trong nước cung cấp là φ5,5-φ45, và phạm vi trưởng thành hơn là φ6,5-φ30. Có rất nhiều tai nạn về chất lượng do sự phân tách phốt pho trong các nguyên liệu thô dạng thanh và dây thép có kích thước nhỏ. Hãy nói về ảnh hưởng của sự phân tách phốt pho và phân tích sự hình thành các vết nứt để bạn tham khảo.

Việc bổ sung photpho vào sắt một cách tương ứng có thể đóng vùng pha austenit trong giản đồ pha sắt-cacbon. Do đó, khoảng cách giữa chất rắn và chất lỏng phải được mở rộng. Khi thép chứa phốt pho được làm nguội từ thể lỏng sang thể rắn, nó cần phải đi qua một khoảng nhiệt độ rộng. Tốc độ khuếch tán của photpho trong thép chậm. Tại thời điểm này, sắt nóng chảy có nồng độ phốt pho cao (nhiệt độ nóng chảy thấp) được lấp đầy trong các khoảng trống giữa các đuôi gai đông đặc đầu tiên, từ đó hình thành sự phân tách phốt pho.

Trong nhóm nguội hoặc quá trình đùn nguội, các sản phẩm bị nứt thường được nhìn thấy. Việc kiểm tra và phân tích kim loại học của các sản phẩm bị nứt cho thấy ferit và ngọc trai phân bố thành các dải, và có thể nhìn thấy rõ một dải sắt trắng trong ma trận. Trong ferit, có các tạp chất sunfua màu xám nhạt hình dải không liên tục trên ma trận ferit hình dải này. Cấu trúc hình dải này gây ra bởi sự phân tách của lưu huỳnh photphua được gọi là "đường ma". Điều này là do vùng giàu phốt pho trong khu vực có sự phân tách phốt pho nghiêm trọng xuất hiện màu trắng và sáng. Do hàm lượng phốt pho cao trong vành đai trắng và sáng, hàm lượng cacbon trong vành đai trắng và sáng giàu phốt pho bị giảm hoặc hàm lượng cacbon rất nhỏ. Bằng cách này, các tinh thể dạng cột của tấm đúc liên tục phát triển về phía trung tâm trong quá trình đúc liên tục của vành đai được làm giàu phốt pho. . Khi phôi được đóng rắn, đầu tiên các đuôi gai austenit được kết tủa từ thép nóng chảy. Phốt pho và lưu huỳnh chứa trong các đuôi gai này bị khử, nhưng thép nóng chảy được hóa rắn cuối cùng rất giàu các nguyên tố tạp chất phốt pho và lưu huỳnh, các nguyên tố này đóng rắn ở giữa trục dendrite, do hàm lượng phốt pho và lưu huỳnh cao, lưu huỳnh sẽ tạo thành sunfua, và phốt pho sẽ được hòa tan trong chất nền. Nó không dễ khuếch tán và có tác dụng thải carbon. Carbon không thể bị nóng chảy trong, vì vậy xung quanh dung dịch rắn phốt pho (Các mặt của dải màu trắng ferit) có hàm lượng carbon cao hơn. Nguyên tố cacbon ở cả hai phía của vành đai ferit, tức là ở cả hai phía của khu vực được làm giàu phốt pho, lần lượt tạo thành một vành đai ngọc trai không liên tục, hẹp song song với vành đai trắng ferit, và mô bình thường liền kề riêng biệt. Khi phôi được làm nóng và ép, các trục sẽ mở rộng dọc theo hướng xử lý cán. Chính vì dải ferit chứa nhiều phốt pho, nghĩa là, sự phân tách phốt pho nghiêm trọng dẫn đến sự hình thành cấu trúc dải ferit rộng và sáng nghiêm trọng, với sắt rõ ràng Có các dải sunfua màu xám nhạt trong dải rộng và sáng của thân phần tử. Dải ferit giàu phốt pho với các dải dài sunfua là cái mà chúng ta thường gọi là tổ chức "đường ma" (xem Hình 1-2).

Analysis of Formation and Cracking of Phosphorus Segregation in Carbon Structural Steel02
Hình 1 Dây ma bằng thép carbon SWRCH35K 200X

Analysis of Formation and Cracking of Phosphorus Segregation in Carbon Structural Steel01
Hình 2 Dây ma bằng thép cacbon trơn Q235 500X

Khi thép được cán nóng, miễn là có sự phân tách phốt pho trong phôi, thì không thể có được cấu trúc vi mô đồng nhất. Hơn nữa, do sự phân tách phốt pho nghiêm trọng, một cấu trúc "dây ma" đã được hình thành, chắc chắn sẽ làm giảm cơ tính của vật liệu. .

Sự phân tách phốt pho trong thép cacbon là phổ biến, nhưng mức độ khác nhau. Khi phốt pho bị phân ly nghiêm trọng (cấu trúc “đường bóng ma” xuất hiện) sẽ mang lại những tác động vô cùng bất lợi cho thép. Rõ ràng, sự phân tách nghiêm trọng của phốt pho là thủ phạm gây nứt vật liệu trong quá trình gia công nguội. Vì các loại hạt khác nhau trong thép có hàm lượng phốt pho khác nhau nên vật liệu có độ bền và độ cứng khác nhau; Mặt khác, nó cũng làm cho vật liệu sinh ra ứng suất bên trong, nó sẽ thúc đẩy vật liệu dễ bị nứt bên trong. Trong vật liệu có cấu trúc "dây ma", chính xác là sự giảm độ cứng, độ bền, độ giãn dài sau khi đứt và giảm diện tích, đặc biệt là giảm độ dai va đập sẽ dẫn đến tính giòn nguội của vật liệu, do đó hàm lượng photpho và các đặc tính cấu tạo của thép Có mối quan hệ rất chặt chẽ.

Phát hiện kim loại Trong mô "đường bóng ma" ở trung tâm của trường nhìn, có một số lượng lớn các sunfua kéo dài màu xám nhạt. Các tạp chất phi kim loại trong kết cấu thép chủ yếu tồn tại ở dạng oxit và sulfua. Theo GB / T10561-2005 "Phương pháp kiểm tra kính hiển vi cho biểu đồ phân loại tiêu chuẩn đối với hàm lượng tạp chất phi kim loại trong thép", các tạp chất loại B được lưu hóa tại thời điểm này. Mức vật liệu đạt từ 2,5 trở lên. Như chúng ta đã biết, tạp chất phi kim loại là nguồn tiềm ẩn của các vết nứt. Sự tồn tại của chúng sẽ làm hỏng nghiêm trọng tính liên tục và độ chặt của cấu trúc vi mô thép, đồng thời làm giảm đáng kể độ bền giữa các hạt của thép. Từ đó suy ra rằng sự hiện diện của sunfua trong "đường ma" của cấu trúc bên trong thép là vị trí dễ xảy ra nứt nhất. Do đó, các vết nứt do rèn nguội và xử lý nhiệt dập tắt các vết nứt ở một số lượng lớn các địa điểm sản xuất dây buộc là do một số lượng lớn các sunfua mảnh màu xám nhạt gây ra. Sự xuất hiện của các kiểu dệt xấu như vậy phá hủy tính liên tục của các đặc tính kim loại và làm tăng nguy cơ xử lý nhiệt. Không thể loại bỏ "sợi ma" bằng cách thường hóa, v.v., và các yếu tố tạp chất cần được kiểm soát chặt chẽ từ quá trình nấu chảy hoặc trước khi nguyên liệu thô nhập vào nhà máy.

Các tạp chất phi kim loại được chia thành nhôm silicat (loại A) (loại C) và ôxít hình cầu (loại D) theo thành phần và khả năng biến dạng của chúng. Sự tồn tại của chúng cắt đứt tính liên tục của kim loại và các vết rỗ hoặc vết nứt được hình thành sau khi bong tróc. Nó rất dễ hình thành nguồn gốc của vết nứt trong quá trình làm nguội và gây ra sự tập trung ứng suất trong quá trình xử lý nhiệt, dẫn đến dập tắt vết nứt. Do đó, các tạp chất phi kim loại phải được kiểm soát chặt chẽ. Các tiêu chuẩn hiện hành về thép GB / T700-2006 "Thép kết cấu carbon" và GB / T699-2016 "Thép kết cấu carbon chất lượng cao" không đưa ra yêu cầu rõ ràng đối với vật liệu phi kim loại. . Đối với các bộ phận quan trọng, đường thô và mịn của A, B và C thường không quá 1,5, còn đường thô và mịn của D và D không quá 2.


Thời gian đăng bài: 21-10-2021