炭素構造用鋼におけるリン偏析の生成と割れの解析
現在、国内の製鉄所が提供する炭素構造用鋼の線材と棒の一般的な仕様はφ5.5-φ45であり、より成熟した範囲はφ6.5-φ30です。小径の線材・棒鋼原料ではリン偏析による品質事故が多発しています。参考までにリン偏析の影響とクラック発生の解析についてお話しましょう。
鉄へのリンの添加は、それに応じて鉄-炭素状態図のオーステナイト相領域を閉じることができます。したがって、固相線と液相線の間の距離を拡大する必要があります。リン含有鋼を液体から固体に冷却する場合、広い温度範囲を通過する必要があります。鋼中のリンの拡散速度は遅い。このとき、リン濃度の高い（融点の低い）溶鉄が一次凝固デンドライトの隙間に充填され、リン偏析が形成される。
冷間圧造や冷間押出加工では、製品にひび割れが見られることがよくあります。割れた製品の金属組織学的検査と分析は、フェライトとパーライトが帯状に分布していることを示しており、白い鉄のストリップがマトリックスにはっきりと見られます。フェライトでは、この帯状のフェライト マトリックス上に断続的な帯状の淡灰色の硫化物介在物があります。このリン化硫黄の偏析による帯状構造を「ゴーストライン」と呼びます。これは、リン偏析が激しい領域のリンリッチゾーンが白く明るく見えるためです。白光帯のリン含有量が高いため、リンが豊富な白光帯の炭素含有量が減少するか、炭素含有量が非常に少なくなります。このように、リン富化ベルトの連続鋳造中、連続鋳造スラブの柱状晶は中心に向かって発達する。.ビレットが凝固すると、オーステナイトデンドライトが最初に溶鋼から析出します。これらのデンドライトに含まれるリンと硫黄は減少しますが、最終凝固溶鋼はリンと硫黄の不純物元素が豊富で、リンと硫黄の含有量が高いため、デンドライト軸の間で凝固し、硫黄は硫化物を形成し、リンはマトリックスに溶解します。拡散しにくく、カーボンを排出する効果があります。炭素は溶け込めないため、リン固溶体付近（フェライトの白帯の側面）は炭素含有量が高くなります。フェライトベルトの両側、つまりリン富化領域の両側にある炭素元素は、フェライトホワイトベルトと平行な狭い断続的なパーライトベルトをそれぞれ形成し、隣接する正常な組織を分離します。ビレットを加熱・加圧すると、シャフトが圧延加工方向に伸びます。これは、フェライト バンドに高リンが含まれているためです。つまり、深刻なリン偏析により、深刻な広く明るいフェライト バンド構造が形成され、明らかな鉄が含まれています。エレメント本体。硫化物の長いストリップを含むこのリンが豊富なフェライト バンドは、一般に「ゴースト ライン」組織と呼ばれるものです (図 1-2 を参照)。
図 1 炭素鋼 SWRCH35K 200X のゴースト ワイヤ
図 2 普通の炭素鋼 Q235 500X のゴースト ワイヤ
鋼を熱間圧延する場合、リンがビレットに偏析している限り、均一な組織を得ることができません。さらに、リンの偏析が激しいため、「ゴースト ワイヤ」構造が形成され、必然的に材料の機械的特性が低下します。.
炭素鋼におけるリンの偏析は一般的ですが、程度は異なります。リンの偏析が激しい（「ゴーストライン」構造が現れる）と、鋼に非常に悪影響を及ぼします。明らかに、リンの深刻な偏析は、冷間圧造プロセス中の材料割れの原因です。鋼の異なる粒子には異なるリン含有量があるため、材料の強度と硬度は異なります。一方で、材料に内部応力を発生させることもあり、材料の内部クラックが発生しやすくなります。「ゴーストワイヤー」構造の材料では、硬度、強度、破断後の伸び、および面積の減少、特に衝撃靭性の低下が正確に減少し、材料の冷間脆性につながるため、リン含有量と鋼の構造特性は非常に密接な関係にあります。
金属組織検出 視野の中央にある「ゴースト ライン」組織には、薄い灰色の細長い硫化物が多数あります。構造用鋼中の非金属介在物は、主に酸化物と硫化物の形で存在します。GB/T10561-2005「鋼中の非金属介在物の含有量に関する標準等級表顕微鏡検査方法」によると、タイプ B の介在物はこの時点で加硫されます。材料レベルは 2.5 以上に達します。ご存知のように、非金属介在物は亀裂の潜在的な原因です。それらの存在は、鋼の微細構造の連続性と緻密性に深刻なダメージを与え、鋼の粒界強度を大幅に低下させます。このことから、鋼の内部構造の「ゴースト ライン」に硫化物が存在することが、最も割れやすい場所であると推測されます。そのため、多数のファスナー生産現場における冷間鍛造割れや熱処理焼入れ割れは、多数の薄灰色の細長い硫化物が原因となっています。このような悪い織りの出現は、金属特性の連続性を破壊し、熱処理のリスクを高めます。この「ゴーストスレッド」は焼ならしなどでは取り除くことができず、製錬工程から、あるいは原料が工場に入る前に、不純物元素を厳密に管理する必要があります。
非金属介在物は、その組成と変形能によって、アルミナ（タイプA）、ケイ酸塩（タイプC）、球状酸化物（タイプD）に分けられます。それらの存在は金属の連続性を断ち切り、剥離後にピットやクラックが形成されます。冷間据え込み時のクラック発生源となりやすく、熱処理時の応力集中により焼割れが発生しやすい。したがって、非金属介在物は厳密に管理する必要があります。現在の鋼 GB/T700-2006「炭素構造用鋼」および GB/T699-2016「高品質炭素構造用鋼」規格では、非金属介在物の明確な要件が定められていません。.重要な部品の場合、A、B、C の粗線と細線は通常 1.5 以下であり、D と D の粗線と細線は 2 以下です。
投稿時間: 2021 年 10 月 21 日
