1. چرا محتوای فسفر (P) باید به شدت کنترل شود؟ چه عواقب جدی در پی خواهد داشت؟
مکانیسم: اتم های فسفر دارای یک اثر تقویت کننده محلول جامد قوی در فولاد هستند که به طور قابل توجهی استحکام آن را بهبود می بخشد. با این حال، آنها به شدت در مرزهای دانه جدا می شوند و انرژی پیوند مرزی دانه را کاهش می دهند و باعث کاهش شدید انعطاف پذیری و چقرمگی فولاد می شوند.
تظاهرات خاص: این کاهش چقرمگی بهویژه در دماهای پایین مشخص میشود، و فولاد را شکننده و مستعد شکستگی میکند، پدیدهای که به عنوان «شکنندگی سرد» شناخته میشود.
تاثیر بر مهر زنی: برای قطعاتی که نیاز به مهر زنی سرد دارند، وجود فسفر به طور قابل توجهی کارایی سرد ماده را کاهش می دهد. از آنجایی که مهر زنی نیاز به ظرفیت تغییر شکل پلاستیک خوبی دارد، شکنندگی ناشی از فسفر باعث می شود که قطعات در هنگام تغییر شکل، به ویژه در دماهای پایین یا در مناطق پیچیده تغییر شکل، مستعد ترک خوردن شوند.
اثر کمی: مطالعات نشان میدهد که برای فولاد کم کربن معمولی، زمانی که محتوای فسفر از 0.15% بیشتر شود، ازدیاد طول (شاخص انعطافپذیری) ماده شروع به کاهش شدید میکند. بنابراین، محتوای فسفر سیمپیچهای نورد سرد مورد استفاده برای کشش عمیق معمولاً به کمتر از 0.035٪ محدود میشود.
2. چرا محتوای گوگرد (S) باید به شدت کنترل شود؟ چه عواقب جدی در پی خواهد داشت؟
مکانیسم: گوگرد تقریباً در فولاد نامحلول است، اما با آهن ترکیب می شود و سولفید آهن (FeS) را تشکیل می دهد. FeS و آهن ساختار یوتکتیکی با نقطه ذوب پایین (تقریباً 985 درجه) را تشکیل می دهند.
تظاهرات خاص: دمای کار گرم (مانند نورد گرم و آهنگری) فولاد معمولاً بالاتر از 1150 تا 1200 درجه است. هنگامی که فولاد تا این محدوده دما گرم می شود، نقطه-ذوب-پایین FeS که در مرزهای دانه توزیع می شود، ابتدا ذوب می شود و نیروی پیوند بین دانه ها را مختل می کند، در نتیجه باعث می شود که فولاد در طول پردازش ترک بخورد. این به عنوان "تردی گرم" شناخته می شود.
تأثیر بر مهر زنی: اگرچه فرآیند نورد سرد به خودی خود شامل دماهای بالا نمی شود،{{0}کویل های نورد گرم ماده خام برای نورد سرد هستند. اگر در سیم پیچ نورد گرم به دلیل محتوای گوگرد زیاد، ریزترکها ایجاد شود، این عیوب در طول نورد سرد گسترش یافته و تقویت میشوند و در نهایت منجر به ایجاد تخلخل، پوسته شدن یا ترکهای مهر و مومی در محصول نورد سرد نهایی میشود.
3. وجود فسفر و گوگرد چه آسیبی به کیفیت داخلی کویلهای نورد سرد- وارد میکند؟
گوگرد باعث نقص لایه لایه شدن می شود: این یکی از معمول ترین خطرات ناشی از گوگرد است. گوگرد در فولاد به صورت سولفید (مانند MnS) وجود دارد و در طول نورد در امتداد جهت نورد کشیده می شود و ساختارهای نواری یا لایه ای را تشکیل می دهد. این سولفیدهای نواری تداوم ماتریس فلزی را مختل می کنند و مانند لایه هایی از "دیافراگم" که در داخل فولاد تعبیه شده اند عمل می کنند. در طول پردازش بعدی یا تحت فشار، این اجزاء نواری به راحتی ترک میخورند و نقص لایه لایهسازی را ایجاد میکنند. مطالعات نشان می دهد که کاهش محتوای گوگرد در فولاد به زیر 0.02٪ می تواند به طور موثر از لایه برداری جلوگیری کند.
فسفر باعث ایجاد ترک خوردگی تنشی می شود: جداسازی فسفر در مرز دانه ها به یک "مسیر فعال" برای انتشار ترک تبدیل می شود. به طور همزمان، فسفر فرآیند انحلال آندی فولاد را در محیطهای خورنده خاص (مانند محلولهای نیترات) ترویج میکند و مانع از تشکیل لایههای غیرفعال میشود و در نتیجه حساسیت فولاد را به ترک خوردگی تنشی افزایش میدهد.
4. فسفر و گوگرد چه اثرات نامطلوبی بر پردازش بعدی کویلهای نورد سرد- (مانند جوشکاری و عملیات سطحی) دارند؟
بدتر شدن قابلیت جوشکاری:
فسفر: تمایل به شکنندگی سرد فلز جوش را افزایش می دهد و منجر به شکستگی شکننده اتصال جوش در حین خنک شدن یا سرویس در دماهای پایین می شود.
گوگرد: شکلپذیری فلز جوش را کاهش میدهد و آن را مستعد ترکخوردگی داغ (ترک انجماد) در حین جوشکاری میکند، زیرا تفکیک گوگرد محدوده دمای انجماد فلز جوش را کاهش میدهد و آن را مستعد ترکخوردگی در مراحل بعدی انجماد میکند.
تاثیر بر کیفیت تصفیه سطح:
گوگرد و فسفر هر دو عناصر بسیار جداکننده هستند. در طی عملیات حرارتی (مانند بازپخت)، آنها می توانند روی سطح صفحات فولادی جمع شوند. این رسوبات سطحی می توانند به شدت بر درمان های شیمیایی بعدی تأثیر بگذارند، مانند ایجاد کریستالیزاسیون غیرعادی و چسبندگی ضعیف فیلم فسفاته (یک لایه زیرین پوشش رایج قبل از{2})، که در نهایت باعث کاهش مقاومت به خوردگی کلی پس از پوشش می شود.
5. استانداردهای کنترل فسفر و گوگرد در کلاسهای نورد سرد معمولی{{1} چیست؟ کلافهای نورد سرد با کیفیت بالا-که برای مهر زنی استفاده میشوند دارای محتوای فسفر و گوگرد بسیار کمتر از حد بالایی برای فولاد معمولی هستند. این دقیقاً برای اطمینان از این است که مواد دارای انعطاف پذیری، چقرمگی و کیفیت داخلی خوبی هستند، به طوری که از عیوب کشنده مانند ترک خوردن و لایه لایه شدن در طول پردازش بعدی مانند مهر زنی جلوگیری شود.