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碳素結構鋼中磷偏析的形成開裂淺析
發布時間:2016-12-12
發布者: 張力 專家
閱讀量: 11782
評論數: 2
目前,國內鋼廠提供的碳素結構鋼盤條、棒料普通規格均是φ5.5-φ45,較為成熟的范圍是φ6.5-φ30。對小規格的盤條、棒料原材料中磷偏析造成的質量事故較多。下面談談磷偏析的影響,以及形成開裂的分析,供同行參考。

磷加入鐵中可相應地使鐵碳相圖中的奧氏體相區封閉,因此,必然擴大固相線與液相線之間的距離。當含磷的鋼從液態冷卻至固態 時,需要通過較寬的溫度區域。磷在鋼中的擴散速度較慢,此時含磷濃度高的鐵液(溶點較低)充填在首先凝固的枝晶的夾縫中,從而形成磷的偏析。

在冷鐓或冷擠壓工藝時,常常看見開裂的產品,對開裂的產品進行金相檢測分析可知,鐵素體與珠光體呈帶狀分布,基體中可明顯看到一條條帶狀白色鐵素體,在這條帶狀鐵素體基體上有斷續帶狀淺灰色硫化物夾雜,這種由于硫磷化物偏析而造成的帶狀組織稱為“鬼線”。這是由于磷偏析嚴重的區域其磷富集帶呈現白亮帶。由于白亮帶磷含量偏高,而使富集磷的白亮帶中碳的含量減少或碳含量極少,這樣富集磷的帶在連鑄鋼坯過程中,連鑄坯的柱狀晶均向中央發展。鋼坯在凝固時先從鋼液中析出奧氏體的枝晶,在這些枝晶中所含的磷、硫減少,但在最后凝固的鋼液中,富含磷、硫雜質元素,它凝固于枝晶軸間,由于其中含磷、硫元素較高,此時硫便形成硫化物,磷則固溶于基體中,它不易擴散,并且有排碳作用,碳熔不進去,所以磷固溶體周圍(鐵素體白亮帶的兩側邊)含碳量較高。碳元素在鐵素體帶的兩側,即在富集磷區域的兩側,分別形成一條與鐵素體白亮帶平行的、較窄的、斷續的珠光體帶,并把毗鄰的正常組織隔開。鋼坯在受熱壓力時,軸間就會順軋制加工方向延伸,正由于鐵素體帶含有較高的磷,即嚴重的磷偏析導致形成嚴重的寬亮鐵素體帶狀組織,明顯的鐵素體寬亮帶內又存在著淺灰色條狀硫化物,這種分布有長條狀硫化物的富磷鐵素體帶,就是我們通稱作“鬼線”組織(見圖1-2)。

圖1 碳素鋼SWRCH35K 中的鬼線 200X


圖2 普碳鋼Q235 中的鬼線 500X

鋼在熱軋制時,只要鋼坯存在磷偏析,要想獲得均勻的顯微組織是根本不可能的,更何況由于嚴重的磷偏析,已經形成“鬼線”組織,勢必都會降低材料的力學性能。

磷在碳結鋼中的偏析是常見的,只是程度不同,當磷嚴重偏析時(出現“鬼線”組織),會給鋼帶來極為不利的影響。顯然,磷的嚴重偏析,是材料在冷鐓過程中開裂的禍首,因為鋼中粗細不同的晶粒都有不同的磷含量,所以也就使材料有不同的強度和硬度;另一方面,也使材料產生內應力,它會促使材料容易發生內裂。存在“鬼線”組織的材料中,正是由于硬度、強度、斷后伸長率和斷面收縮率的減少,尤其是沖擊韌性的降低,會導致材料的冷脆性,所以磷含量與鋼的組織性能有著十分密切的關系。

金相檢測在視場中心“鬼線”組織內,存在大量淺灰色細長條硫化物。結構鋼中的非金屬夾雜物主要以氧化物和硫化物的形式存在,依據GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量標準評級圖顯微檢驗法》,此時的B類夾雜物硫化物級別達到2.5級及以上。眾所周知,非金屬夾雜物就是潛在的裂紋源,它的存在會嚴重破壞鋼材顯微組織的連續性和致密性,大大降低鋼的晶間強度。由此推斷,鋼材內部的組織“鬼線”中硫化物的存在,就是最容易開裂的位置。所以,大量緊固件生產現場出現冷鐓開裂、熱處理淬火裂紋就是大量淺灰色細長硫化物造成,這種不良織織的出現破壞了金屬性能的連續性,同時增大了熱處理的風險。“鬼線”無法通過正火等方式去除,應從冶煉上或原材料進廠前對雜質元素進行嚴格控制。

而非金屬夾雜物又根據其成分組成和變形能力分為氧化鋁(A類)硅酸鹽(C類)和球狀氧化物(D類)。它們的存在隔斷了金屬的連續性,剝落后就成凹坑或裂紋,在冷鐓成形時極易形成裂紋源,在熱處理時造成應力集中,產生淬火開裂。因此,對非金屬夾雜物須嚴格控制,現行的鋼材GB/T700-2006《碳素結構鋼》和GB/T699-2016《優質碳素結構鋼》標準中對非金屬夾雜物并未做明確要求。對重要的零部件一般對A、B、C類粗系、細系不大于1.5級,D、Ds類粗系、細系不大于2級為佳。
全部評論 共 2
評論者:袁工
對冷鐓成形原材料缺陷是致命問題了解材料的加工缺陷是非常重要的.材料的后期處理不能改變原始缺陷.所以我們需重是原材料的質量.
2019-05-28
評論者:網友
好文章!
2017-10-09
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