نقش های دوگانه گوگرد و Phosphorus در فولاد متالیلاری

فولاد یک ماده واحد نیست، بلکه یک خانواده از آلیاژهایی است که عملکرد آن توسط اثر شیمیایی آن تعیین می شود.در میان ده ها عنصر که می توانند در یک گرما از فولاد ظاهر شوند، گوگرد و فسفر دو مورد از تأثیرگذارترین و با درک نادرست ترین خواص فلزی در این تعادل استفاده می شود، با این وجود فولاد مدرن نشان داده است که وقتی که به دقت کنترل می شود، هر کدام می توانند عملکرد ارزشمندی را برای این ماده مکانیکی و فسفری خاص در این تعادل استفاده کنند.

گوگرد در فولاد: از اختلال مصرف کننده برای استفاده از افزودنی های مفید

گوگرد (S) وارد فولاد از مواد خام مورد استفاده در کوره انفجار یا کوره قوس الکتریکی می شود.در بیشتر فولادهای ساختاری و مهندسی، آن را زیر 0.05٪ نگه می دارد تا از مشکلات جلوگیری کند، با این حال، گوگرد ممکن است عمدا تا حدود 0.3٪ اضافه شود.

چگونه فرم های گوگرد Inclusions

گوگرد بسیار کم است در آهن جامد.در طول جامد سازی، آن را با منگنز ترکیب می کند تا sulfide منگنز (MnS) را تشکیل دهد، این موارد در طول نورد گرم نرم و بلند می شوند، ایجاد رشته ها، اندازه و توزیع MnS به طور مستقیم بر روی مواد غذایی و خواص مکانیکی تأثیر می گذارد.

اثرات مثبت گوگرد: بهبود قابلیت ماخین

مزیت اصلی گوگرد بهبود چشمگیر در قابلیت پذیری ماچیناست.مز واردکنندگان استرس است که باعث شکستن تراشه، کاهش نیروها و گسترش عمر ابزار با 0.08-0.35% گوگرد به عنوان (FLT:0 فولادهای بدون علفزار قابل قبول طبقه بندی می شوند و به طور گسترده برای محصولات ماشین آلات پیچ و خم استفاده می شوند، و قطعات حفاری با سرعت بالا در این برنامه های تجاری مورد نیاز است.

اثرات منفی گوگرد: کمبود داغ و کاهش Ductility

گوگرد اضافی - بالاتر از حدود 0.05٪ در اکثر فولادهای کربن - علت های کمبودهای طولانی در طول کار گرم (برای مثال، نورد)، گوگرد به دلیل اثر سنگ آهن مایع کم گوگرد (FeS) در مرزهای دانه، این فیلم ها در دمای خوب پایین تر از پردازش فولاد ذوب می شوند، به ویژه به شدت کاهش می یابد و یا به شدت کاهش می یابد که در این میزان شیب های جامد است.

کنترل گوگرد در فولادسازی

فولادسازها گوگرد را از طریق درمان های گوگرد حذف می کنند، به طور معمول با استفاده از شارهای مبتنی بر کلسیم یا تزریق منیزیم در متالورژی پاتل، برای فولادهایی که نیاز به گوگرد بسیار پایین دارند (کمتر از 0.005٪)، مانند لوله خط یا صفحه لوله قطب شمال، یک ایستگاه پالایش ثانویه ضروری است.

Phosphorus در فولاد: تقویت کننده و Embrittler

Phosphorus (P) یک تقویت کننده قوی در فولاد است.این حدود ده برابر موثرتر از سیلیکون در افزایش قدرت عملکرد در هر وزن است، با این حال یکی از خطرناک ترین عناصر در زمان حضور در بیش از حد است. تاریخچه فولادسازی با شکست های ردیابی شده به فسفر کنترل نشده پر شده است - معروف ترین کشتی های آزادی که در آب و هوای سرد در طول جنگ جهانی دوم شکسته شده است.

چگونه Phosphorus فولاد را تقویت می کند

اتم های فسفر جایگزین اتم های آهن در شبکه فریت، تحریف ساختار بلور و حرکت دررفتگی های ناتوان کننده است، این باعث افزایش قدرت عملکرد و قدرت کششی، به ویژه در فولادهای کم کربن، در برخی از سطوح پایین-قدرت بالا (HSLA) درجه حرارت، فسفر عمدا در سطوح به میزان 0.10-0.1٪ اضافه می شود تا بدون اضافه کردن عناصر آلیاژی که شامل مقاومت در برابر خوردگی یا 949 باشد، به عنوان مقاومت اتمسفری (0/02) و یا 949.

اثرات جانبی: انگلیسی سرد و Segregation

بزرگترین مشکل فسفر تمایل قوی آن به دفع مرزهای غله در طول تثبیت است.[۱۰] این باعث می شود با استفاده از امولسیون و شکننده شدن در لوله های ساختاری (FLT:3)، به طور چشمگیری کاهش شدید تاثیر سخت در دماهای پایین است.

کنترل Phosphorus در BOF و EAF

حذف فسفر نیاز به شرایط اکسید و یک slag پایه در کوره اکسیژن پایه (BOF) یا کوره قوس الکتریکی (EAF) دارد، واکنش de فسفاتororization در دمای نسبتا پایین (50- 1600 درجه سانتیگراد) رخ می دهد، اگر دمای حمام بیش از حد بالا باشد، فسفر از slag به فولاد کروم باز می گردد.پس از استفاده از، پالایش ثانویه با کوره و کوره های کوره، به ویژه کاهش سطح فسفر می تواند به کاهش شدید (بزاید.

تعادل گوگرد و Phosphorus برای سطوح فولادی خاص

هر مشخصات درجه فولاد حداکثر (و گاهی حداقل) محدودیت برای گوگرد و فسفر را بر اساس برنامه مورد نظر تنظیم می کند.تولید کننده باید هزینه مواد خام، قابلیت فرآیند و خواص نهایی را تنظیم کند.در اینجا نگاهی به چگونگی تفاوت این محدودیت ها در خانواده های فولاد رایج است.

فولادهای کربن و آلیاژ

درجه هایی مانند A36، 1018 و 4140 معمولا S ≤ 0.05٪ و P ≤ 0.01٪ را مشخص می کنند، این محدودیت ها باعث می شوند جوش مناسب، فرم پذیری و سختی کافی باشد.در بخش های سنگین، گوگرد اغلب زیر 0.02٪ نگه داشته می شود تا خطر پارگی lamellar در طول جوشکاری کاهش یابد.

فولادهای آزاد-Machining Steels

استانداردهایی مانند AISI 1215 یا 12L14 اجازه می دهد گوگرد تا 0.35٪ و فسفر تا 0.07٪ باشد. محتوای گوگرد بالا کنترل تراشه عالی را می دهد، در حالی که فسفر قدرت را اضافه می کند، این فولادها برای جوشکاری یا کاربردهای ساختاری بحرانی در نظر گرفته نمی شوند، اما ایده آل برای ماشینکاری با حجم بالا هستند.

قطب شمال و مناطق دریایی

فولادهای خط لوله (API 5L X65، X70) و فولادهای ساختاری دریایی نیاز به گوگرد بسیار پایین (<0.005%) و فسفر (< 0.015%) دارند تا انرژی تاثیر چارپی را در 40 درجه سانتیگراد یا پایین تر تضمین کنند.این شیمی بسیار تمیز، باعث کاهش تعداد رشته ها و پوشش های مرزی دانه می شود.

فولادهای آب و هوا

درجه هایی مانند A588 حاوی 0.07-0.15% فسفر برای افزایش پاتینا محافظت کننده است که در معرض اتمسفر قرار می گیرد. گوگرد کم نگه می دارد تا در طول گرم شدن، از کمبود گرما جلوگیری کند.این ترکیب فولاد را می دهد که خود را در برابر خوردگی در بسیاری از محیط ها محافظت می کند.

پیشرفت های مدرن در مهندسی انحصاری و فولاد تمیز

درک گوگرد و فسفر بسیار فراتر از حد ساده امروز، فولادسازها و متالورژییست ها (FLT:0) مهندسی انحصاری است: کنترل ترکیب، مورفولوژی و توزیع مواد غیر فلزی شامل تجزیه و تحلیل برای بهینه سازی عملکرد گوگرد، این بدان معنی است که درمان فولاد با کلسیم برای اصلاح Mlongatedn در هنگام انتخاب سخت یا کنترل سخت است که شامل دفع مجدد منابع برای جلوگیری از جوش است.

مرز دیگر استفاده از ترمودینامیک محاسباتی (CALPHAD) و مدل های خویشاوندی برای پیش بینی شکل گیری و الگوهای تفکیکی است.این ابزارها به مهندسان اجازه می دهد برنامه های پالایش کوره را طراحی کنند که به سطح گوگرد و فسفر مطلوب با کمترین زمان و انرژی دست یابند.

دستورالعمل های عملی برای مهندسان و Specifiers

هنگام انتخاب یک کلاس فولادی یا نوشتن مشخصات خرید، این دستورالعمل ها را در مورد گوگرد و فسفر در نظر بگیرید:

  • برای جوش: گوگرد را زیر 0.01٪ و فسفر زیر 0.2٪ برای مفاصل حساس جوش داده شده، درخواست یک عمل دانه دار کم گوگرد.
  • برای ماچین: یک کلاس آزاد با گوگرد 0.08-0.35٪ را انتخاب کنید.
  • برای تشکیل سرد: گوگرد کم (پایین 0.02٪) را نگه دارید تا از ترک لبه جلوگیری شود. Phosphorus می تواند تا 0.05٪ برای قدرت باشد، اما سطح بالاتر باعث افزایش بازگشت بهار می شود.
  • برای مقاومت در برابر خوردگی: فولادهای آب و هوا از فسفر به عنوان یک دارایی استفاده می کنند، تأیید می کنند که محیط خدمات مناسب است (چرخه مرطوب / خشک)، زیرا فسفر در شرایط غرق شده یا بسیار آلوده کمک نمی کند.
  • [[۱] [۱۰] برای سخت کوشی: [[۱۰] [۱۰] [۱]] برای کاهش فسفر پایین (۰٫۰٫۰٫۰٫۰٫۰٫۰٫۰٫۰٫۰٫۵] برای عملکرد اثر کم دما، به ویژه در فولادهای سرد و مرطوب.

نتیجه گیری

گوگرد و فسفر به سادگی ناخالصی ها را از بین نمی برند، آنها عناصر آلیاژی فعال با مزایای متمایز و خطرات جدی هستند. گوگرد باعث بهبود قابلیت پذیری در هزینه های انعطاف پذیری داغ و سخت بودن از طریق تنگی از طریق کاهش قدرت و درک دقیق از طریق مواد فسفر می شود، اما باعث شکننده شدن سرد و تحریک می شود.

برای مطالعه بیشتر، با آهن و فولاد آمریکا ( یا ASM] کتابچه راهنمای، جلد 1: Properties و انتخاب: آهن، فولادها و آلیاژهای با کارایی بالا راهنمایی عملی در فرایندهای فولادی می تواند در [FLT4] یافت شود.