Legure ferofosfora uglavnom se sastoje od željeza (Fe) i fosfora (P), s udjelom fosfora koji se obično kreće od 15% do 25%. Pojavljuju se kao grudice ili granule, s talištem od približno 1100-1200 stupnjeva i gustoćom od 7,2-7,5 g/cm³. Njihov glavni utjecaj na svojstva čelika proizlazi iz:
Ograničena čvrsta topljivost fosfora u čeliku (samo oko 0,02% na sobnoj temperaturi) i prekomjerne količine lako se talože kao fosfidi kao što je Fe3P;
Razlika u polumjeru između atoma fosfora i željeza uzrokuje izobličenje rešetke nakon čvrste otopine, što rezultira učinkom jačanja;
Fosfor ima snažnu tendenciju izdvajanja, lako se nakuplja na granicama zrna i ometa vezivanje granica zrna.
Pozitivni učinci FeP legura na svojstva čelika
(1) Značajno poboljšana čvrstoća i tvrdoća (učinak jačanja čvrste otopine)
Fosfor je vrlo učinkovit element za ojačavanje, poboljšavajući mehanička svojstva čelika putem mehanizma za ojačavanje čvrstom otopinom:
Nakon što se atomi fosfora otope u rešetki željeza, uzrokuju izobličenje rešetke, ometajući kretanje dislokacija i značajno poboljšavajući čvrstoću i tvrdoću čelika. Podaci pokazuju da se za svakih 0,01% povećanja fosfora u nisko-ugljičnom čeliku vlačna čvrstoća povećava za 6-10 MPa, a granica razvlačenja za 5-8 MPa.
Prikladne primjene:Koristi se u -ojačanju zgrada visoke čvrstoće (kao što je HRB500E) i običnom konstrukcijskom čeliku. Dodavanjem odgovarajuće količine ferofosforne legure (kontroliranjem sadržaja fosfora u čeliku na 0,02%-0,04%), zahtjevi za čvrstoćom inženjerskih projekata mogu se ispuniti bez povećanja troškova legure.
(2) Poboljšana otpornost na atmosfersku koroziju (sinergijski učinak pasivizirajućeg filma)
Fosfor može sinergistički povećati otpornost na atmosfersku koroziju s elementima kao što su bakar i krom u čeliku:
Fosfor može formirati gusti kompozitni oksidni film Fe₂O₃-P₂O₅ na površini čelika, sprječavajući prodor korozivnih medija (voda, kisik) i povećavajući otpornost na atmosfersku koroziju;
Tipična primjena:U proizvodnji čelika otpornog na atmosferske utjecaje (kao što je Q450NQR1), fosfor-legura željeza (sadržaj fosfora u čeliku 0,06%-0,12%) se namjerno dodaje, što sinergistički djeluje s bakrom (0,20%-0,50%) i kromom (0,30%-1,20%) kako bi se stvorio stabilan sloj hrđe. Njegova otpornost na atmosfersku koroziju je 2-3 puta veća od običnog ugljičnog čelika, što ga čini prikladnim za mostove, kontejnere i vanjske čelične konstrukcije.
(3) Optimiziranje performansi strojne obrade (Efekt lomljenja strugotine)
Odgovarajuće količine fosfora mogu poboljšati obradivost čelika: kruta otopina fosfora neznatno povećava krtost čelika, čineći strugotine lakšim za lomljenje tijekom rezanja, smanjujući zapetljanost alata i poboljšavajući učinkovitost strojne obrade.
Prikladni scenariji primjene:Za-čelike za slobodno rezanje (kao što je Y15) koji se koriste u automatskim tokarilicama, kontroliranje sadržaja fosfora u čeliku na 0,08%-0,15%, u kombinaciji sa sumporom, može povećati brzinu rezanja za 20%-30% i produljiti vijek trajanja alata za 15%-20%.
Negativni utjecaji ferofosfornih legura na svojstva čelika
(1) Smanjena žilavost i plastičnost, izazivajući hladnu lomljivost (učinak segregacije granice zrna)
Ovo je najizraženiji negativni utjecaj ferofosfornih legura i zahtijeva strogu kontrolu:
Fosfor ima snažnu tendenciju odvajanja granica zrna, lako se akumulira na granicama zrna kako bi formirao nisko{0}}talište-Fe₃P (talište 1050 stupnjeva), smanjujući snagu vezivanja granica zrna;
Na niskim temperaturama, fosfidi na granici zrna značajno povećavaju prijelaznu temperaturu krhkosti čelika (npr. kada se sadržaj fosfora poveća s 0,01% na 0,05%, temperatura prijelaza krhkosti nisko-ugljičnog čelika raste sa -60 stupnjeva na -20 stupnjeva), što dovodi do "hladne krtosti"-naglog smanjenja udarne žilavosti na niskim temperaturama, što povećava vjerojatnost iznenadnog loma;
Učinak praga: Kada sadržaj fosfora u čeliku prijeđe 0,04%, udarna žilavost (k) pada s iznad 100J/cm² na ispod 50J/cm², a istezanje pada s 25% na 15%. Sljedeće se ne odnosi na vrste čelika izložene niskim-temperaturnim uvjetima ili udarnim opterećenjima (kao što je čelik za mostove i čelik za tlačne posude).
(2) Pogoršanje zavarljivosti (povećana osjetljivost na vruće pukotine)
Fosfor značajno povećava rizik od vrućih pukotina u zavarivanju čelika:
Tijekom zavarivanja, fosfor se brzo izdvaja u zavarivanju i zoni-pogođenoj toplinom, tvoreći tekući film s niskom{1}}talištem-, koji je sklon vrućem pucanju pod stresom zavarivanja;
Podaci pokazuju da kada sadržaj fosfora u čeliku premaši 0,03%, učestalost vrućih pukotina u zavarivanju raste više od tri puta, zahtijevajući dodavanje stabilizatora za zavarivanje (kao što je Mn), čime se povećavaju troškovi proizvodnje.
(3) Prekomjerna količina fosfora dovodi do lokalizirane korozije (učinak mikro-ćelija)
Visoki sadržaj fosfora remeti ravnomjernost korozije čelika:
Obogaćivanje fosforom na granicama zrna dovodi do neujednačenog kemijskog sastava na površini čelika, stvarajući "fosforom-područja - fosforom-siromašna područja" mikro-ćelija, ubrzavajući lokaliziranu koroziju (kao što je rupičasta korozija i interkristalna korozija);
Odgovarajuće ograničenje: Sadržaj fosfora u otpornom čeliku mora se kontrolirati ispod 0,12%. Prekoračenje ove granice povećava lokaliziranu stopu korozije za više od 50%, negirajući pozitivne učinke otpornosti na atmosfersku koroziju.
Kontrolne strategije za dodavanje legure ferofosfora i prilagodbu kvaliteta čelika
Ograničenja sadržaja fosfora za različite vrste čelika (pogledajte GB/T 222 standard)
| Vrsta čelika | Maksimalni dopušteni sadržaj fosfora (P) | Preporučena količina dodatka ferofosforne legure | Razlog za adaptaciju jezgre |
| Kriogeni spremnik od čelika (npr. 16MnDR) | Manje od ili jednako 0,025% | Aktivno dodavanje je zabranjeno. | Sprječava hladno krhkost i osigurava udarnu žilavost-na niskim temperaturama. |
| Čelik za most (npr. Q370qE) | Manje od ili jednako 0,030% | Aktivno dodavanje zabranjeno | Mora izdržati dinamička opterećenja, spriječiti rizik od loma |
| Čelik otporan na atmosferilije (npr. Q450NQR1) | Manje od ili jednako 0,12% | 0.05%-0.10% | Sinergijski povećava otpornost na koroziju s Cu i Cr |
| Ojačanje od-konstrukcijskog čelika visoke čvrstoće (HRB500E) | Manje od ili jednako 0,045% | 0.02%-0.04% | Balansiranje snage i žilavosti, kontrola troškova |
| Čelik-za slobodno rezanje (npr. Y15) | Manje od ili jednako 0,15% | 0.08%-0.12% | Optimizira učinak lomljenja strugotine i poboljšava učinkovitost strojne obrade |
Ključne tehnologije za kontrolu dodavanja
Točan izračun:
Na temelju početnog sadržaja fosfora u rastaljenom čeliku i ograničenja za ciljnu vrstu čelika, količina dodatka izračunava se pomoću "formule ravnoteže fosfora" kako bi se izbjeglo prekomjerno dodavanje;
Raspršeni dodatak:
Zrnata legura ferofosfora koristi se i dodaje rastaljenom čeliku na-protočni način kako bi se smanjilo lokalno obogaćivanje i segregacija;
Legiranje:
Dodavanje mangana (Mn) može potisnuti segregaciju fosfora (Mn se spaja sa S u obliku MnS, smanjujući mjesta obogaćivanja fosforom na granicama zrna), obično kontrolirajući Mn/P veći od ili jednak 10.
