1. Dlaczego należy ściśle kontrolować zawartość fosforu (P)? Do jakich poważnych konsekwencji to doprowadzi?
Mechanizm: Atomy fosforu silnie wzmacniają stal w roztworze stałym, znacznie poprawiając jej wytrzymałość. Jednakże silnie segregują na granicach ziaren, zmniejszając energię wiązania na granicach ziaren i powodując gwałtowny spadek plastyczności i wytrzymałości stali.
Specyficzne objawy: Ten spadek twardości jest szczególnie wyraźny w niskich temperaturach, powodując, że stal staje się krucha i podatna na kruche pękanie, zjawisko znane jako „kruchość na zimno”.
Wpływ na tłoczenie: W przypadku części wymagających tłoczenia na zimno obecność fosforu znacznie zmniejsza podatność materiału na obróbkę na zimno. Ponieważ tłoczenie wymaga dobrej zdolności do odkształcania plastycznego, kruchość powodowana przez fosfor sprawia, że części są bardziej podatne na pękanie podczas odkształcania, szczególnie w niskich temperaturach lub w obszarach złożonych odkształceń.
Efekt ilościowy: badania pokazują, że w przypadku konwencjonalnej stali nisko-węglowej, gdy zawartość fosforu przekracza 0,15%, wydłużenie (wskaźnik plastyczności) materiału zaczyna gwałtownie spadać. Dlatego zawartość fosforu w zwojach-walcowanych na zimno stosowanych do głębokiego tłoczenia jest zazwyczaj ściśle ograniczona do poziomu poniżej 0,035%.
2. Dlaczego należy ściśle kontrolować zawartość siarki (S)? Do jakich poważnych konsekwencji to doprowadzi?
Mechanizm: Siarka jest prawie nierozpuszczalna w stali, ale łączy się z żelazem, tworząc siarczek żelaza (FeS). FeS i żelazo tworzą strukturę eutektyczną o niskiej-topie-(około 985 stopni).
Konkretne objawy: Temperatury pracy na gorąco (takie jak walcowanie na gorąco i kucie) stali zazwyczaj przekraczają 1150 ~ 1200 stopni. Gdy stal jest podgrzewana do tego zakresu temperatur, FeS o niskiej-topieniu-rozprowadzonym na granicach ziaren topi się jako pierwszy, zakłócając siłę wiązania między ziarnami, powodując w ten sposób pękanie stali podczas przetwarzania; jest to znane jako „kruchość na gorąco”.
Wpływ na tłoczenie: chociaż sam proces walcowania na zimno nie wiąże się z wysokimi temperaturami, surowcem do walcowania na zimno są-zwoje walcowane na gorąco. Jeśli w zwoju-walcowanym na gorąco pojawią się mikropęknięcia ze względu na wysoką zawartość siarki, defekty te ulegną rozszerzeniu i wzmocnieniu podczas walcowania na zimno, ostatecznie prowadząc do porowatości, łuszczenia się lub pęknięć tłoczących w gotowym produkcie-walcowanym na zimno.
3. Jakie szkody powoduje obecność fosforu i siarki dla wewnętrznej jakości zwojów-walcowanych na zimno?
Siarka powoduje defekty rozwarstwiania: jest to jedno z najbardziej typowych zagrożeń powodowanych przez siarkę. Siarka w stali występuje w postaci siarczków (takich jak MnS) i ulega wydłużeniu wzdłuż kierunku walcowania podczas walcowania, tworząc struktury pasmowe lub lamelarne. Te pasmowe siarczki zakłócają ciągłość metalowej osnowy, działając jak warstwy „przepon” osadzonych w stali. Podczas późniejszej obróbki lub pod wpływem naprężeń te wtrącenia pasmowe łatwo pękają, tworząc defekty rozwarstwiania. Badania wskazują, że zmniejszenie zawartości siarki w stali do poziomu poniżej 0,02% może skutecznie zapobiegać rozwarstwianiu.
Fosfor powoduje pękanie korozyjne naprężeniowe: segregacja fosforu na granicach ziaren staje się „aktywną drogą” propagacji pęknięć. Jednocześnie fosfor wspomaga proces anodowego rozpuszczania stali w niektórych mediach korozyjnych (takich jak roztwory azotanów), utrudniając tworzenie się filmów pasywacyjnych, przez co znacznie zwiększa podatność stali na pękanie korozyjne naprężeniowe.
4.Jaki niekorzystny wpływ mają fosfor i siarka na późniejszą obróbkę-kręgów walcowanych na zimno (taką jak spawanie i obróbka powierzchniowa)?
Pogorszenie spawalności:
Fosfor: Zwiększa tendencję metalu spoiny do kruchości na zimno, co prowadzi do kruchego pękania złącza spawanego podczas chłodzenia lub pracy w niskich temperaturach.
Siarka: Zmniejsza plastyczność metalu spoiny i sprawia, że jest on podatny na pękanie na gorąco (pękanie podczas krzepnięcia) podczas spawania, ponieważ segregacja siarki obniża zakres temperatur krzepnięcia metalu spoiny, czyniąc go bardziej podatnym na pękanie w późniejszych etapach krzepnięcia.
Wpływ na jakość obróbki powierzchni:
Zarówno siarka, jak i fosfor są pierwiastkami silnie segregującymi. Podczas obróbki cieplnej (np. wyżarzania) mogą gromadzić się na powierzchni blach stalowych. Te osady powierzchniowe mogą poważnie wpłynąć na późniejszą obróbkę chemiczną, powodując na przykład nieprawidłową krystalizację i słabą przyczepność warstwy fosforanowej (powszechnie-podkładu powłoki wstępnej), co ostatecznie zmniejsza ogólną odporność na korozję po pokryciu.
5.Jakie są normy kontroli zawartości fosforu i siarki w-zwykłych gatunkach kręgów walcowanych na zimno? Wysokiej-jakości-kręgi walcowane na zimno używane do tłoczenia zawierają zawartość fosforu i siarki znacznie poniżej górnej granicy dla zwykłej stali. Ma to właśnie na celu zapewnienie dobrej plastyczności, wytrzymałości i jakości wewnętrznej materiału, aby uniknąć krytycznych defektów, takich jak pękanie i rozwarstwianie podczas późniejszej obróbki, takiej jak tłoczenie.