碳素结构钢中磷偏析的形成开裂浅析
发布时间:2016-12-12
发布者: 张力 专家
阅读量: 11228
评论数: 2
目前,国内钢厂提供的碳素结构钢盘条、棒料普通规格均是φ5.5-φ45,较为成熟的范围是φ6.5-φ30。对小规格的盘条、棒料原材料中磷偏析造成的质量事故较多。下面谈谈磷偏析的影响,以及形成开裂的分析,供同行参考。

磷加入铁中可相应地使铁碳相图中的奥氏体相区封闭,因此,必然扩大固相线与液相线之间的距离。当含磷的钢从液态冷却至固态 时,需要通过较宽的温度区域。磷在钢中的扩散速度较慢,此时含磷浓度高的铁液(溶点较低)充填在首先凝固的枝晶的夹缝中,从而形成磷的偏析。

在冷镦或冷挤压工艺时,常常看见开裂的产品,对开裂的产品进行金相检测分析可知,铁素体与珠光体呈带状分布,基体中可明显看到一条条带状白色铁素体,在这条带状铁素体基体上有断续带状浅灰色硫化物夹杂,这种由于硫磷化物偏析而造成的带状组织称为“鬼线”。这是由于磷偏析严重的区域其磷富集带呈现白亮带。由于白亮带磷含量偏高,而使富集磷的白亮带中碳的含量减少或碳含量极少,这样富集磷的带在连铸钢坯过程中,连铸坯的柱状晶均向中央发展。钢坯在凝固时先从钢液中析出奥氏体的枝晶,在这些枝晶中所含的磷、硫减少,但在最后凝固的钢液中,富含磷、硫杂质元素,它凝固于枝晶轴间,由于其中含磷、硫元素较高,此时硫便形成硫化物,磷则固溶于基体中,它不易扩散,并且有排碳作用,碳熔不进去,所以磷固溶体周围(铁素体白亮带的两侧边)含碳量较高。碳元素在铁素体带的两侧,即在富集磷区域的两侧,分别形成一条与铁素体白亮带平行的、较窄的、断续的珠光体带,并把毗邻的正常组织隔开。钢坯在受热压力时,轴间就会顺轧制加工方向延伸,正由于铁素体带含有较高的磷,即严重的磷偏析导致形成严重的宽亮铁素体带状组织,明显的铁素体宽亮带内又存在着浅灰色条状硫化物,这种分布有长条状硫化物的富磷铁素体带,就是我们通称作“鬼线”组织(见图1-2)。

图1 碳素钢SWRCH35K 中的鬼线 200X


图2 普碳钢Q235 中的鬼线 500X

钢在热轧制时,只要钢坯存在磷偏析,要想获得均匀的显微组织是根本不可能的,更何况由于严重的磷偏析,已经形成“鬼线”组织,势必都会降低材料的力学性能。

磷在碳结钢中的偏析是常见的,只是程度不同,当磷严重偏析时(出现“鬼线”组织),会给钢带来极为不利的影响。显然,磷的严重偏析,是材料在冷镦过程中开裂的祸首,因为钢中粗细不同的晶粒都有不同的磷含量,所以也就使材料有不同的强度和硬度;另一方面,也使材料产生内应力,它会促使材料容易发生内裂。存在“鬼线”组织的材料中,正是由于硬度、强度、断后伸长率和断面收缩率的减少,尤其是冲击韧性的降低,会导致材料的冷脆性,所以磷含量与钢的组织性能有着十分密切的关系。

金相检测在视场中心“鬼线”组织内,存在大量浅灰色细长条硫化物。结构钢中的非金属夹杂物主要以氧化物和硫化物的形式存在,依据GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量标准评级图显微检验法》,此时的B类夹杂物硫化物级别达到2.5级及以上。众所周知,非金属夹杂物就是潜在的裂纹源,它的存在会严重破坏钢材显微组织的连续性和致密性,大大降低钢的晶间强度。由此推断,钢材内部的组织“鬼线”中硫化物的存在,就是最容易开裂的位置。所以,大量紧固件生产现场出现冷镦开裂、热处理淬火裂纹就是大量浅灰色细长硫化物造成,这种不良织织的出现破坏了金属性能的连续性,同时增大了热处理的风险。“鬼线”无法通过正火等方式去除,应从冶炼上或原材料进厂前对杂质元素进行严格控制。

而非金属夹杂物又根据其成分组成和变形能力分为氧化铝(A类)硅酸盐(C类)和球状氧化物(D类)。它们的存在隔断了金属的连续性,剥落后就成凹坑或裂纹,在冷镦成形时极易形成裂纹源,在热处理时造成应力集中,产生淬火开裂。因此,对非金属夹杂物须严格控制,现行的钢材GB/T700-2006《碳素结构钢》和GB/T699-2016《优质碳素结构钢》标准中对非金属夹杂物并未做明确要求。对重要的零部件一般对A、B、C类粗系、细系不大于1.5级,D、Ds类粗系、细系不大于2级为佳。
全部评论 共 2
评论者:袁工
对冷镦成形原材料缺陷是致命问题了解材料的加工缺陷是非常重要的.材料的后期处理不能改变原始缺陷.所以我们需重是原材料的质量.
2019-05-28
评论者:网友
好文章!
2017-10-09
评论 |
请先登录后再进行评论,前往登录
业务联系/技术支持
公司名称:广东金蜘蛛电脑网络有限公司
联系电话:020-38861363 38861343
电子邮箱:info@jzzfastener.com
QQ:1767548327
公众号:
视频号:
抖音号:
法律声明: 本网站中的厂商资料,供货、需求、合作、企业新闻等信息由本网站的注册会员发布,其合法性和真实性由各个发布信息的注册会员负责。
经营许可证编号:粤B2-20210752号丨备案号:粤ICP备09029740号
粤公网安备 44011102001662号
技术支持:广东金蜘蛛电脑网络有限公司
Golden Spider Network Co., Ltd.