Analyse de la formation et de la fissuration de la ségrégation du phosphore dans l'acier de construction au carbone

Analyse de la formation et de la fissuration de la ségrégation du phosphore dans l'acier de construction au carbone

À l'heure actuelle, les spécifications communes des fils machine et des barres en acier de construction au carbone fournis par les aciéries nationales sont de φ5,5 à φ45, et la gamme la plus mature est de 6,5 à φ30. Il existe de nombreux accidents de qualité causés par la ségrégation du phosphore dans les matières premières de fil machine et de barre de petite taille. Parlons de l'influence de la ségrégation du phosphore et de l'analyse de la formation de fissures pour votre référence.

L'ajout de phosphore au fer peut fermer de manière correspondante la région de phase austénite dans le diagramme de phase fer-carbone. Par conséquent, la distance entre le solidus et le liquidus doit être agrandie. Lorsque l'acier contenant du phosphore est refroidi de liquide à solide, il doit traverser une large plage de températures. La vitesse de diffusion du phosphore dans l'acier est lente. A ce moment, du fer fondu avec une concentration élevée en phosphore (point de fusion bas) est rempli dans les espaces entre les premières dendrites solidifiées, formant ainsi une ségrégation du phosphore.

Dans le procédé de frappe à froid ou d'extrusion à froid, des produits craquelés sont souvent observés. L'inspection métallographique et l'analyse des produits craqués montrent que la ferrite et la perlite sont réparties en bandes, et une bande de fer blanc est clairement visible dans la matrice. Dans la ferrite, il y a des inclusions intermittentes de sulfure gris clair en forme de bande sur cette matrice de ferrite en forme de bande. Cette structure en forme de bande causée par la ségrégation du phosphure de soufre est appelée "ligne fantôme". C'est parce que la zone riche en phosphore dans la zone avec une ségrégation sévère du phosphore apparaît blanche et brillante. En raison de la teneur élevée en phosphore de la ceinture blanche et brillante, la teneur en carbone de la ceinture blanche et brillante enrichie en phosphore est réduite ou la teneur en carbone est très faible. De cette manière, les cristaux colonnaires de la brame de coulée continue se développent vers le centre lors de la coulée continue de la ceinture enrichie en phosphore. . Lorsque la billette est solidifiée, les dendrites d'austénite sont d'abord précipitées de l'acier en fusion. Le phosphore et le soufre contenus dans ces dendrites sont réduits, mais l'acier fondu solidifié final est riche en éléments d'impuretés de phosphore et de soufre, qui se solidifient entre l'axe des dendrites, en raison de la teneur élevée en phosphore et en soufre, le soufre formera du sulfure, et le phosphore sera dissous dans la matrice. Il n'est pas facile à diffuser et a pour effet de décharger du carbone. Le carbone ne peut pas être fondu, donc autour de la solution solide de phosphore (les côtés de la bande blanche de ferrite) ont une teneur en carbone plus élevée. L'élément de carbone des deux côtés de la ceinture de ferrite, c'est-à-dire des deux côtés de la zone enrichie en phosphore, forme respectivement une ceinture de perlite étroite et intermittente parallèle à la ceinture blanche de ferrite et le tissu normal adjacent séparé. Lorsque la billette est chauffée et pressée, les arbres s'étendent le long de la direction de laminage. C'est précisément parce que la bande de ferrite contient beaucoup de phosphore, c'est-à-dire que la ségrégation sérieuse du phosphore conduit à la formation d'une structure de bande de ferrite large et brillante, avec du fer évident. Il y a des bandes gris clair de sulfure dans la bande large et brillante de la corps de l'élément. Cette bande de ferrite riche en phosphore avec de longues bandes de sulfure est ce que nous appelons communément l'organisation en « ligne fantôme » (voir Figure 1-2).

Analysis of Formation and Cracking of Phosphorus Segregation in Carbon Structural Steel02
Figure 1 Fil fantôme en acier au carbone SWRCH35K 200X

Analysis of Formation and Cracking of Phosphorus Segregation in Carbon Structural Steel01
Figure 2 Fil fantôme en acier ordinaire au carbone Q235 500X

Lorsque l'acier est laminé à chaud, tant qu'il y a ségrégation du phosphore dans la billette, il est impossible d'obtenir une microstructure uniforme. De plus, en raison de la ségrégation sévère du phosphore, une structure en "fil fantôme" s'est formée, ce qui réduira inévitablement les propriétés mécaniques du matériau. .

La ségrégation du phosphore dans l'acier au carbone est courante, mais le degré est différent. Lorsque le phosphore est sévèrement ségrégué (la structure de la "ligne fantôme" apparaît), il apportera des effets extrêmement néfastes à l'acier. De toute évidence, la ségrégation sévère du phosphore est le coupable de la fissuration du matériau pendant le processus de frappe à froid. Parce que différents grains d'acier ont une teneur en phosphore différente, le matériau a une résistance et une dureté différentes; d'autre part, il est également important que le matériau produise une contrainte interne, cela favorisera la tendance du matériau à se fissurer interne. Dans le matériau à structure "fil fantôme", c'est précisément la réduction de la dureté, de la résistance, de l'allongement après rupture et de la réduction de la surface, en particulier la réduction de la résistance aux chocs, qui conduira à la fragilité à froid du matériau, donc la teneur en phosphore et les propriétés structurelles de l'acier ont une relation très étroite.

Détection métallographique Dans le tissu de la "ligne fantôme" au centre du champ de vision, il existe un grand nombre de sulfures allongés gris clair. Les inclusions non métalliques dans l'acier de construction existent principalement sous forme d'oxydes et de sulfures. Selon GB/T10561-2005 "Méthode d'inspection microscopique du tableau de classement standard pour le contenu des inclusions non métalliques dans l'acier", les inclusions de type B sont vulcanisées à ce moment. Le niveau de matériau atteint 2,5 et plus. Comme nous le savons tous, les inclusions non métalliques sont des sources potentielles de fissures. Leur existence endommagera gravement la continuité et la compacité de la microstructure de l'acier et réduira considérablement la résistance intergranulaire de l'acier. On en déduit que la présence de sulfures dans la "ligne fantôme" de la structure interne de l'acier est le lieu le plus probable de la fissuration. Par conséquent, les fissures de forgeage à froid et les fissures de trempe par traitement thermique dans un grand nombre de sites de production de fixations sont causées par un grand nombre de sulfures minces gris clair. L'apparition de tels mauvais tissages détruit la continuité des propriétés du métal et augmente le risque de traitement thermique. Le "fil fantôme" ne peut pas être éliminé par normalisation, etc., et les impuretés doivent être strictement contrôlées dès le processus de fusion ou avant que les matières premières n'entrent dans l'usine.

Les inclusions non métalliques sont divisées en alumine (type A) silicate (type C) et oxyde sphérique (type D) selon leur composition et leur déformabilité. Leur existence coupe la continuité du métal, et des piqûres ou des fissures se forment après pelage. Il est très facile de former une source de fissures lors du refoulement à froid et de provoquer une concentration des contraintes lors du traitement thermique, entraînant une fissuration par trempe. Par conséquent, les inclusions non métalliques doivent être strictement contrôlées. Les normes d'acier actuelles GB/T700-2006 « Acier de construction au carbone » et GB/T699-2016 « Acier de construction au carbone de haute qualité » n'établissent pas d'exigences claires pour les inclusions non métalliques. . Pour les parties importantes, les lignes grossières et fines de A, B et C ne dépassent généralement pas 1,5, et les lignes grossières et fines D et D ne dépassent pas 2.


Heure de publication : 21 octobre 2021