Análisis de Formación y Agrietamiento de Segregación de Fósforo en Acero Estructural al Carbono
En la actualidad, las especificaciones comunes de alambrón y barras de acero estructural al carbono proporcionadas por las acerías nacionales son φ5.5-φ45, y el rango más maduro es φ6.5-φ30.Hay muchos accidentes de calidad causados por la segregación de fósforo en las materias primas de alambrón y barra de tamaño pequeño.Hablemos sobre la influencia de la segregación de fósforo y el análisis de la formación de grietas para su referencia.
La adición de fósforo al hierro puede cerrar correspondientemente la región de la fase austenita en el diagrama de fase hierro-carbono.Por lo tanto, la distancia entre solidus y liquidus debe ampliarse.Cuando el acero que contiene fósforo se enfría de líquido a sólido, debe pasar por un amplio rango de temperatura.La velocidad de difusión del fósforo en el acero es lenta.En este momento, los espacios entre las primeras dendritas solidificadas se rellenan con hierro fundido con una alta concentración de fósforo (punto de fusión bajo), formando así una segregación de fósforo.
En el proceso de extrusión en frío o en frío, a menudo se ven productos agrietados.La inspección y análisis metalográfico de los productos craqueados muestra que la ferrita y la perlita se encuentran distribuidas en bandas, y se aprecia claramente una tira de hierro blanco en la matriz.En la ferrita, hay inclusiones intermitentes de sulfuro de color gris claro en forma de banda en esta matriz de ferrita en forma de banda.Esta estructura en forma de banda provocada por la segregación de fosfuro de azufre se denomina "línea fantasma".Esto se debe a que la zona rica en fósforo en el área con severa segregación de fósforo aparece blanca y brillante.Debido al alto contenido de fósforo del cinturón blanco y brillante, el contenido de carbono en el cinturón blanco y brillante enriquecido con fósforo se reduce o el contenido de carbono es muy pequeño.De esta forma, los cristales columnares de la losa de colada continua se desarrollan hacia el centro durante la colada continua de la cinta enriquecida con fósforo..Cuando el tocho se solidifica, las dendritas de austenita se precipitan primero del acero fundido.El fósforo y el azufre contenidos en estas dendritas se reducen, pero el acero fundido solidificado final es rico en elementos de impurezas de fósforo y azufre, que se solidifican entre el eje de la dendrita, debido al alto contenido de fósforo y azufre, el azufre formará sulfuro, y el fósforo se disolverá en la matriz.No es fácil de difundir y tiene el efecto de descargar carbono.El carbono no se puede fundir, por lo que alrededor de la solución sólida de fósforo (los lados de la banda blanca de ferrita) tienen un mayor contenido de carbono.El elemento de carbono en ambos lados del cinturón de ferrita, es decir, en ambos lados del área enriquecida con fósforo, forma respectivamente un cinturón de perlita intermitente estrecho paralelo al cinturón blanco de ferrita, y el tejido normal adyacente se separa.Cuando el tocho se calienta y se presiona, los ejes se extenderán a lo largo de la dirección de procesamiento de laminación.Es precisamente porque la banda de ferrita contiene un alto contenido de fósforo, es decir, la segregación grave de fósforo conduce a la formación de una estructura de banda de ferrita amplia y brillante grave, con hierro evidente. Hay tiras de sulfuro de color gris claro en la banda ancha y brillante de la cuerpo del elemento.Esta banda de ferrita rica en fósforo con largas tiras de sulfuro es lo que comúnmente llamamos organización de "línea fantasma" (ver Figura 1-2).
Figura 1 Alambre fantasma en acero al carbono SWRCH35K 200X
Figura 2 Alambre fantasma en acero al carbono liso Q235 500X
Cuando el acero se lamina en caliente, mientras haya segregación de fósforo en la palanquilla, es imposible obtener una microestructura uniforme.Además, debido a la severa segregación de fósforo, se ha formado una estructura de "alambre fantasma", que inevitablemente reducirá las propiedades mecánicas del material..
La segregación de fósforo en el acero al carbono es común, pero el grado es diferente.Cuando el fósforo se segrega severamente (aparece la estructura de "línea fantasma"), traerá efectos extremadamente adversos al acero.Obviamente, la severa segregación de fósforo es la culpable del agrietamiento del material durante el proceso de estampación en frío.Debido a que los diferentes granos del acero tienen diferente contenido de fósforo, el material tiene diferente resistencia y dureza;por otro lado, también hace que el material produzca tensión interna, promoverá que el material sea propenso a agrietarse internamente.En el material con estructura de "alambre fantasma", es precisamente la reducción de la dureza, la resistencia, el alargamiento después de la fractura y la reducción del área, especialmente la reducción de la tenacidad al impacto, lo que conducirá a la fragilidad en frío del material, por lo que el contenido de fósforo y las propiedades estructurales del acero tienen una relación muy estrecha.
Detección metalográfica En el tejido de la "línea fantasma" en el centro del campo de visión, hay una gran cantidad de sulfuros alargados de color gris claro.Las inclusiones no metálicas en el acero estructural existen principalmente en forma de óxidos y sulfuros.De acuerdo con GB/T10561-2005 "Método de inspección microscópica de tabla de clasificación estándar para el contenido de inclusiones no metálicas en acero", las inclusiones de tipo B se vulcanizan en este momento. El nivel del material alcanza 2,5 y más.Como todos sabemos, las inclusiones no metálicas son fuentes potenciales de grietas.Su existencia dañará seriamente la continuidad y la compacidad de la microestructura de acero y reducirá en gran medida la resistencia intergranular del acero.De esto se infiere que la presencia de sulfuros en la "línea fantasma" de la estructura interna del acero es el lugar más probable para el agrietamiento.Por lo tanto, las grietas de forja en frío y las grietas de enfriamiento por tratamiento térmico en una gran cantidad de sitios de producción de sujetadores son causadas por una gran cantidad de sulfuros delgados de color gris claro.La aparición de tales malos tejidos destruye la continuidad de las propiedades del metal y aumenta el riesgo de tratamiento térmico.El "hilo fantasma" no se puede eliminar mediante la normalización, etc., y los elementos de impureza deben controlarse estrictamente desde el proceso de fundición o antes de que las materias primas ingresen a la fábrica.
Las inclusiones no metálicas se dividen en alúmina (tipo A), silicato (tipo C) y óxido esférico (tipo D) según su composición y deformabilidad.Su existencia corta la continuidad del metal y se forman hoyos o grietas después del pelado.Es muy fácil formar una fuente de grietas durante el recalcado en frío y provocar la concentración de tensiones durante el tratamiento térmico, lo que da como resultado el agrietamiento por enfriamiento rápido.Por lo tanto, las inclusiones no metálicas deben controlarse estrictamente.Los estándares actuales de acero GB/T700-2006 "Acero estructural al carbono" y GB/T699-2016 "Acero estructural al carbono de alta calidad" no establecen requisitos claros para las inclusiones no metálicas..Para piezas importantes, las líneas gruesas y finas de A, B y C generalmente no superan 1,5, y las líneas gruesas y finas D y D no superan 2.
Hora de publicación: 21-oct-2021
