Hvordan påvirker ferrofosforlegering stålets egenskaber?

Ferrofosforlegeringer er hovedsageligt sammensat af jern (Fe) og fosfor (P), med et fosforindhold typisk på mellem 15% og 25%. De fremstår som klumper eller granulat med et smeltepunkt på ca. 1100-1200 grader og en massefylde på 7,2-7,5 g/cm³. Deres kernepåvirkning på stålegenskaber stammer fra:

 Den begrænsede faststofopløselighed af phosphor i stål (kun ca. 0,02% ved stuetemperatur) og for store mængder udfældes let som phosphider, såsom Fe3P;

 Forskellen i radius mellem phosphor- og jernatomer forårsager gitterforvrængning efter fast opløsning, hvilket resulterer i en styrkende effekt;

 Fosfor har en stærk tendens til at segregere, let ophobes ved korngrænser og forstyrre korngrænsebindingen.

(1) Betydeligt forbedret styrke og hårdhed (fast opløsningsstyrkende effekt)

Fosfor er et meget effektivt forstærkningselement, der forbedrer stålets mekaniske egenskaber gennem en solid opløsningsstyrkende mekanisme:

Efter at fosforatomer er opløst i jerngitteret, forårsager de gitterforvrængning, hindrer dislokationsbevægelser og forbedrer stålets styrke og hårdhed væsentligt. Data viser, at for hver 0,01 % stigning i fosfor i lav-kulstofstål, øges trækstyrken med 6-10 MPa, og flydespændingen stiger med 5-8 MPa.

 Egnede applikationer:Anvendes i høj-bygningsarmering (såsom HRB500E) og almindeligt konstruktionsstål. Ved at tilsætte en passende mængde ferrofosforlegering (kontrollere fosforindholdet i stålet til 0,02%-0,04%) kan styrkekravene til ingeniørprojekter opfyldes uden at øge legeringsomkostningerne.

(2) Forbedret atmosfærisk korrosionsbestandighed (synergistisk effekt af passiveringsfilm)

Fosfor kan synergistisk øge atmosfærisk korrosionsbestandighed med elementer som kobber og krom i stål:
Fosfor kan danne en tæt Fe₂O₃-P₂O₅-kompositoxidfilm på ståloverfladen, hvilket hindrer indtrængning af korrosive medier (vand, oxygen) og forbedrer atmosfærisk korrosionsbestandighed;
 Typisk anvendelse:I produktionen af ​​vejrbestandigt stål (såsom Q450NQR1) tilsættes fosfor-jernlegering (fosforindhold i stål 0,06%-0,12%), som synergistisk arbejder med kobber (0,20%-0,50%) og krom (0,30%-120%) for at danne et stabilt lag. Dens atmosfæriske korrosionsbestandighed er 2-3 gange så stor som almindelig kulstofstål, hvilket gør den velegnet til broer, containere og udendørs stålkonstruktioner.

(3) Optimering af bearbejdningsydelse (spånbrudseffekt)

Passende mængder fosfor kan forbedre bearbejdeligheden af ​​stål: Fosforopløsning i fast form øger stålets skørhed en smule, hvilket gør spåner nemmere at bryde under skæring, reducerer sammenfiltring af værktøj og forbedrer bearbejdningseffektiviteten.
 Egnede anvendelsesscenarier:Til fri-skæring af stål (såsom Y15), der anvendes i automatiske drejebænke, kan regulering af fosforindholdet i stålet til 0,08 %-0,15 % kombineret med svovl øge skærehastigheden med 20 %-30 % og forlænge værktøjets levetid med 15 %-20 %.

(1) Reduceret sejhed og plasticitet, der inducerer kold skørhed (korngrænsesegregationseffekt)

Dette er den mest fremtrædende negative påvirkning af ferrofosforlegeringer og kræver streng kontrol:

 Fosfor har en stærk tendens til adskillelse af korngrænser og akkumuleres let ved korngrænser for at danne lavt-smeltepunkt-Fe₃P (smeltepunkt 1050 grader), hvilket reducerer korngrænsebindingsstyrke;

 Ved lave temperaturer øger korngrænsephosphider den skøre overgangstemperatur i stål signifikant (f.eks. når fosforindholdet stiger fra 0,01 % til 0,05 %, stiger den skøre overgangstemperatur for lavt-kulstofstål fra -60 grader til -20 grader), hvilket fører til "blødt skarphed" ved lav temperatur, hvilket giver et pludseligt fald i kollisions-skørhed. brud mere sandsynligt;

 Tærskeleffekt: Når fosforindholdet i stål overstiger 0,04%, falder slagstyrken (k) fra over 100J/cm² til under 50J/cm², og forlængelsen falder fra 25% til 15%. Følgende gælder ikke for stålkvaliteter, der udsættes for lave-temperaturforhold eller stødbelastninger (såsom brostål og trykbeholderstål).

(2) Forringelse af svejsbarheden (øget modtagelighed for varme revner)

Fosfor øger risikoen for varmsvejsning i stål markant:

 Under svejsning udskilles fosfor hurtigt i den svejse- og varmepåvirkede zone- og danner en flydende film med lavt-smeltepunkt-, som er tilbøjelig til at revne under svejsning;
 Data viser, at når fosforindholdet i stål overstiger 0,03%, øges forekomsten af ​​varme svejserevner mere end tre gange, hvilket kræver tilsætning af svejsestabilisatorer (såsom Mn), hvilket øger produktionsomkostningerne.

(3) For meget fosfor fører til lokal korrosion (mikro-celleeffekt)

Højt fosforindhold forstyrrer stålets korrosionsensartethed:

 Fosforberigelse ved korngrænser fører til ujævn kemisk sammensætning på ståloverfladen, der danner "fosfor-rige områder - fosfor-fattige områder" mikro-celler, hvilket accelererer lokal korrosion (såsom grubetæring og intergranulær korrosion);

 Passende grænse: Fosforindholdet i forvitringsstål skal kontrolleres under 0,12 %. Overskridelse af denne grænse øger den lokaliserede korrosionshastighed med mere end 50 %, hvilket ophæver de positive virkninger af atmosfærisk korrosionsbestandighed.

Fosforindholdsgrænser for forskellige stålkvaliteter (se GB/T 222 Standard)

Nøgleteknologier til tilføjelseskontrol

Nøjagtig beregning:

Baseret på det oprindelige fosforindhold i det smeltede stål og grænsen for målstålkvaliteten, beregnes tilsætningsmængden ved hjælp af "phosphorbalanceformlen" for at undgå overdreven tilsætning;

Dispergeret tilføjelse:

Granulær ferrophosphorlegering bruges og tilsættes det smeltede stål i en gennemstrømning-for at reducere lokal berigelse og adskillelse;

Legering:

Tilsætning af mangan (Mn) kan undertrykke fosforsegregering (Mn kombineres med S for at danne MnS, hvilket reducerer fosforberigelsessteder ved korngrænser), typisk kontrollerende Mn/P større end eller lig med 10.