התפקידים הכפולים של Sulfur ו- Phosphorus ב- Steel Metallurgy

פלדה אינה חומר יחיד אלא משפחה של ⁇ אשר הביצועים נקבעים על ידי טביעת האצבע הכימית שלה.בין עשרות אלמנטים שיכולים להופיע בחום של פלדה, גופרית ו זרחן הם שניים מההשפעה ביותר - והכי לא מובן.במשך עשרות שנים, שניהם טופלו כמכשולים לא רצויים להיות ממזער.אבל פלדה מודרנית חשפה כי כאשר נשלטת בזהירות, כל אחד יכול לשרת פונקציה רבת ערך זה, כדי לחקור את התכונות מכניות על ידי מתכת, אשר משמש כדי למזער את התכונות מכנית, חומרים מכניים, אשר משמש את התכונות מכניים, חומרים מכניים, כמו גם על ידי מתכת, חומרים מכניים, אשר משמש כדי למזעריים, אבל, כמו גם על ידי פלדה, כדי למזעריים, 000, אבל, 000, 000, 000, 000.

Sulfur ב Steel: From Detrimental Impurity to Usitive

Sulfur (S) נכנס פלדה מחומרי הגלם המשמשים בפורעת הפיצוץ או ארונות קשת חשמליות.ברוב פלדות מבניות והנדסה, הוא נשמר מתחת ל-0.05 אחוזים כדי להימנע מבעיות.עם זאת, בכיתות ללא תשלום, גופר עשוי להיווספו במכוון עד 0.35%.

כיצד Sulfur Forms Inclusions

Sulfur יש מאוד קלושות נמוכה בברזל מוצק. במהלך איחוד, הוא משלב עם Manganese כדי ליצור sulfide sulfide מניגאני (MnS) הכללות אלה הן רכות וארוכות במהלך גלגול חם, יצירת מחרימים.צורה, גודל, והפצה של הכללות MnS משפיעות ישירות על יכולת ותכונות מכניות.

השפעות חיוביות של Sulfur: שיפור יכולת ה- Machinability

היתרון העיקרי של sulfur הוא שיפור דרמטי במינויות. MnS פועל כמו העלאת מתח כי לקדם השבבים פורצים, להפחית כוחות חיתוך, להאריך את חיי הכלי. Steels עם 0.08-0.35% sulfur מסווגים כמו FLT:0 ללא תשלום פלדה מנבאות FLT:1 והם משמשים נרחב עבור מוצרי מברג, מברגים, רכב, ומהירות שבה הם מופעלים גבוה, 000.

השפעות שליליות של Sulfur: קוצר רוח וצמצום דוקטריות

עודף sulfur - above בערך 0.05% ברוב פלדות פחמן - הסיבה לכך ש- FLT:0 מהירויות קצרות (FLT:1 במהלך עבודה חמה (לבשל, מתגלגל), גופרית יוצרת sulfide ברזל נמוך נקודה (FeS) על גבולות דגנים. אלה נמסים בטמפרטורות גבוהות מתחת לטמפרטורה של פלדה, המוביל לפצח ברזל בין-מסלול זה הוא מוגבל במיוחד על ידי טמפרטורות מתוחות חום, במיוחד.

שליטה בפלדינג

קובעי פלדה להסיר את הנפיחות באמצעות טיפולי desulfurization, בדרך כלל באמצעות פלוקסים מבוססי סידן או מזרקת מגנזיום ב ladle Metallurgy. for Steels הדורשות sulfur נמוך מאוד (נמוך 0.005%), כגון צינורות קו או צלחת כיתה ארקקטי, תחנת החזר משנית היא חיונית.

Phosphorus in Steel: Powerener and Embrittler

Phosphorus (P) הוא מחזק חזק ברזולוציה מוצקה פלדה.זה בערך פי עשרה יעיל יותר מאשר סיליקון בהעלאת כוח התשואות למשקל%, אבל זה גם אחד האלמנטים המסוכנים ביותר כאשר נוכחים עודף.ההיסטוריה של פלדה מלאה בכישלונות עקב זרחן לא מבוקר - בעיקר המפורסם ספינות החירות ששברו במזג אוויר קר במהלך מלחמת העולם השנייה.

כיצד Phosphorus מחזק את הפלדה

אטומי Phosphorus תחליף לאטומי ברזל ב- ferrite lattice, מעוות את המבנה קריסטל ומניעה של תנועת פירוק-המיקום. זה מגביר את כוח התשואות ואת כוח העשש, במיוחד בפלדות פחמן נמוכות.בכמה גבוה סטריאק נמוך (HSLA) ציונים, זרחן נוסף במכוון ברמות עד 0.1-0-0.12% כדי להשיג מטרות ללא תוספת של מזג אוויר נמוך כגון: 0.025%, כמו גם נוגדנים (T) פלדה, כגון: חנק) נוגדנים (T) נוגדנים) נוגדנים (T) הוא גם כן, כמו גם כן, כמו חנקן) נוגדנים (Ric) נוגדנים (Ricericericeric) נוגדנים) נוגדנים (Tolfraus) נוגדנים) נוגדנים) הוא גם כן, כמו גם כן, חנקן) נוגדנים (Toltraus) נוגדנים (Tolfraus) נוגדנים (Tolus) נוגדנים) נוגדנים (Tolus) נוגדנים) נוגדנים, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו: חנקן) נוגדנים pen) נוגדנים, כמו גם כן, חנקן) הוא הוסיף באופן מכוון של פלדה, חנק) נוגדנים pen-0.1-0.1 (Tol2, כמו

השפעות הרסניות: בריפלות קרות וסגורגות

הבעיה הגדולה ביותר עם זרחן היא הנטייה העזה שלה ליישב גבולות דגנים במהלך ההחזקה.זה גורם ל-FLT:0temper embribrittlementFLT:1 ו-FLT:2 מהירויות קרות של גרגרים 3, צמצום דרמטי של קשיחות בטמפרטורות נמוכות.אפקט חמור ביותר בפלדות ממותק ו- 34% בריכוזים אלה הוא בדרך כלל נמוך יותר.

שליטה על ה-BoF ו- EAF

הסרת זרחן דורש תנאים חמצון ופיגור בסיסי בכבשה חמצן הבסיסית (BOF) או arc fur furnace (EAF) התגובה dephosphorization מתרחשת בטמפרטורות נמוכות יחסית (1550-16 ° C) אם הטמפרטורה עולה גבוה מדי, זרחן חוזר מן ה- slag בחזרה לתוך הפלדה.

Balancing Sulfur ו- Phosphorus for Specific Steel

כל מפרט של פלדה מגדיר מקסימום (ולפעמים מינימום) גבולות עבור גופרית ו זרחן בהתבסס על היישום המיועד.המפיק חייב לנגיף עלות חומרי גלם, יכולת תהליך, ונכסים סופיים.כאן הוא מבט כיצד הגבולות האלה משתנים על פני משפחות פלדה נפוצות.

פחמן ו-Alloy Structural Steels

רמות כגון A36, 1018 ו 4140 בדרך כלל לציין S ⁇ 0.05% ו- P ⁇ 0.04%. הגבולות האלה להבטיח שידות נאותה, יכולת צורה ונוקשות.בחלקים כבדים, גופרית מוחזקת לעתים קרובות מתחת 0.02% כדי למזער את הסיכון של קרועה ללחתוך במהלך ריתוך.

Free-Machining Steels

התקנים כמו AISI 1215 או 12L14 מאפשרים לפורץ עד 0.35% ו זרחן עד 0.07%.התוכן הגנוב הגבוה נותן שליטה שבב מעולה, בעוד זרחן מוסיף כוח.פלדות אלה אינן מיועדות לשחיקה או יישומים מבניים קריטיים אבל הם אידיאליים עבור מבוך גבוה.

אזורים טריטוריאליים ומחוץ לחוף

פלדות פיפיר (API 5L X65, X70) ופלדות מבניות offshore דורשים מאוד נמוך גופר (<0.005%) ו זרחן (<5%) כדי להבטיח את צריכת האנרגיה של צ'רפי ב -40 מעלות צלזיוס או נמוך יותר.כימיה נקייה מאוד ממזערת הכללות מיתרים ותמצית גבול דגנים.

מזג אוויר פלדה

רמות כמו ASTM A588 מכילות 0.07–0.15% זרחן כדי לשפר את הפטרינה המגנה שמהווה חשיפה לאטמוספירה. Sulfur נשמרת נמוכה כדי להימנע מקוצר רוח במהלך גלגול חם.השילוב נותן פלדה כי הגנה עצמית מפני קורוזיה בסביבות רבות.

מתקדם מודרני בהנדסת Inclusion ו-Free Steel

ההבנה של הסרפורה ו זרחן התקדמה הרבה מעבר לגבולות פשוטים המקסימליים.היום, קובעי פלדה ומניפולורגיסטים מתרגלים FLT:0inclusion EngineeringFLT:1: שליטה על ההרכב, מורולוגיה, והפצה של הכללות לא-מטאליות כדי להתאים את הביצועים.

גבול נוסף הוא השימוש בתרמודינמיקה חישובית (CALPHAD) ומודלים קינטיים לחזות היווצרות הכללה ודפוסי הפרדה.כלים אלה מאפשרים למהנדסי תהליך לעצב לוחות זמנים מחזרים כי להשיג את רמות הסולפורוזיס הרצויות וזרחן עם זמן ואנרגיה מינימלית.

הנחיות מעשיות למהנדסים ופרטים

בעת בחירת ציון פלדה או כתיבת מפרט רכישה, שקול את ההנחיות האלה לגבי sulfur ו זרחן:

  • (ב) ⁇ :0 (ב) ל-[[1924]]: [[1924]]]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) (ב) ⁇ :0) עבור ⁇ : (ב) 1 (ב) בחרו ציון חינם עם sulfur 0.08–0.35%, היו מודעים לכך שפלדות אלה אינן מתאימות לשילוב או לבעוט.
  • (FLT:0) לרכיבה קרה: 1FLT (המשך sulfur נמוך (נמוך 0.020%) כדי להימנע משבר קצה. Phosphorus יכול להיות עד 0.05% עבור כוח, אבל רמות גבוהות יותר להגדיל את האביב.
  • (FLT:0) להתנגדות קורוזיה: FLT:1 פלדה מזג אוויר להשתמש זרחן כנכס.התקבלה כי סביבת השירות מתאימה (cyclic רטוב / נדרי), כפי זרחן אינו עוזר בתנאים תת-מעורשים או מזוהמים ביותר.
  • (ב) לקשה:0 (ב) לקשה: 1 (בהנחה: 1) לדרוש זרחן נמוך (נמוך 0.010%) לביצועי השפעה על טמפרטורה נמוכה, במיוחד בפלדות מכוסות וממושכות.

מסקנה

Sulfur ו זרחן אינם רק זיהומים להיות מסולקים.הם אלמנטים סגסוגת פעילים עם יתרונות ברורים והסיכונים רציניים. Sulfur משפר את יכולת הסנטר בעלות של דוקטריות חמה וקשידות דרך היקנותנות. Phosphorus משפר את העוצמה ואת עמידות קורוזיה, אלא גורם לערעור קר ומזג אוויר.

לקריאה נוספת, עיין במשאבים הטכניים של מכון הברזל האמריקאי ומכון הפלדה (FLT:1) או ב-FLT:2ASM Handbook, Volume 1: Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance AlloysFLT 3:2M הדרכה מעשית על תהליכי ייצור פלדה ניתן למצוא בפרסומים של 4LT5:5 LT5: