1.Prečo musí byť obsah fosforu (P) prísne kontrolovaný? Aké vážne následky to povedie?
Mechanizmus: Atómy fosforu majú silný účinok na spevnenie tuhého roztoku v oceli, čím výrazne zlepšujú jej pevnosť. Silne sa však segregujú na hraniciach zŕn, čím znižujú spojovaciu energiu hraníc zŕn a spôsobujú prudký pokles plasticity a húževnatosti ocele.
Špecifické prejavy: Tento pokles húževnatosti je obzvlášť výrazný pri nízkych teplotách, vďaka čomu je oceľ krehká a náchylná na krehké lomy, jav známy ako „krehkosť za studena“.
Vplyv na lisovanie: Pre diely vyžadujúce lisovanie za studena prítomnosť fosforu výrazne znižuje spracovateľnosť materiálu za studena. Pretože lisovanie vyžaduje dobrú plastickú deformačnú kapacitu, krehkosť spôsobená fosforom spôsobuje, že časti sú náchylnejšie na praskanie počas deformácie, najmä pri nízkych teplotách alebo v oblastiach zložitých deformácií.
Kvantitatívny vplyv: Štúdie ukazujú, že v prípade konvenčnej nízkouhlíkovej ocele, keď obsah fosforu prekročí 0,15 %, predĺženie (index plasticity) materiálu začne prudko klesať. Preto je obsah fosforu vo zvitkoch valcovaných za studena-používaných na hlboké ťahanie zvyčajne prísne obmedzený na menej ako 0,035 %.
2. Prečo musí byť obsah síry (S) prísne kontrolovaný? Aké vážne následky to povedie?
Mechanizmus: Síra je takmer nerozpustná v oceli, ale spája sa so železom za vzniku sulfidu železa (FeS). FeS a železo tvoria eutektickú štruktúru s nízkym -bodom topenia- (približne 985 stupňov).
Špecifické prejavy: Horúce pracovné teploty (ako je valcovanie za tepla a kovanie) ocele sú zvyčajne nad 1150 ~ 1200 stupňov. Keď sa oceľ zahreje na tento teplotný rozsah, najprv sa roztopí FeS s nízkym -bodom tavenia- distribuovaný na hraniciach zŕn, čím sa naruší väzbová sila medzi zrnami, čo spôsobí praskanie ocele počas spracovania; toto je známe ako "horká krehkosť".
Vplyv na lisovanie: Hoci samotný proces valcovania za studena nezahŕňa vysoké teploty, surovinou na valcovanie za studena sú zvitky valcované za tepla-. Ak sa vo zvitku valcovanom za tepla-vytvoria mikrotrhliny v dôsledku vysokého obsahu síry, tieto defekty sa počas valcovania za studena predĺžia a zosilnia, čo v konečnom dôsledku povedie k pórovitosti, odlupovaniu alebo vyrazeniu trhlín v hotovom-výrobku valcovanom za studena.
3. Aké škody spôsobuje prítomnosť fosforu a síry vnútornej kvalite zvitkov valcovaných za studena-?
Síra spôsobuje defekty delaminácie: Toto je jedno z najtypickejších rizík spôsobených sírou. Síra v oceli existuje ako sulfidy (ako je MnS) a počas valcovania sa predlžuje v smere valcovania, pričom vytvára pásové alebo lamelárne štruktúry. Tieto pásikové sulfidy narúšajú kontinuitu kovovej matrice a pôsobia ako vrstvy "membrán" zabudovaných do ocele. Počas následného spracovania alebo pod napätím tieto pásikové inklúzie ľahko praskajú a vytvárajú defekty delaminácie. Štúdie ukazujú, že zníženie obsahu síry v oceli pod 0,02 % môže účinne zabrániť delaminácii.
Fosfor vyvoláva korózne praskanie pod napätím: Segregácia fosforu na hraniciach zŕn sa stáva „aktívnou cestou“ šírenia trhlín. Fosfor zároveň podporuje anodický proces rozpúšťania ocele v určitých korozívnych médiách (ako sú roztoky dusičnanov), čím bráni tvorbe pasivačných filmov, čím sa výrazne zvyšuje náchylnosť ocele na korózne praskanie pod napätím.
4.Aké nepriaznivé účinky majú fosfor a síra na následné spracovanie zvitkov valcovaných za studena- (ako je zváranie a povrchová úprava)?
Zhoršenie zvariteľnosti:
Fosfor: Zvyšuje tendenciu lámavosti zvarového kovu za studena, čo vedie ku krehkému lomu zvarového spoja počas chladenia alebo prevádzky pri nízkych teplotách.
Síra: Znižuje ťažnosť zvarového kovu a robí ho náchylným na praskanie za tepla (praskanie pri tuhnutí) počas zvárania, pretože segregácia síry znižuje rozsah teplôt tuhnutia zvarového kovu, čím je náchylnejší na praskanie v neskorších fázach tuhnutia.
Vplyv na kvalitu povrchovej úpravy:
Síra aj fosfor sú vysoko segregujúce prvky. Pri tepelnom spracovaní (napríklad žíhaní) sa môžu hromadiť na povrchu oceľových plechov. Tieto povrchové nánosy môžu vážne ovplyvniť následné chemické úpravy, ako napríklad spôsobiť abnormálnu kryštalizáciu a slabú priľnavosť fosfátovacieho filmu (bežný základný náter pred-náterom), čo v konečnom dôsledku znižuje celkovú odolnosť proti korózii po nátere.
5.Aké sú kontrolné normy pre fosfor a síru v akostiach zvitkov valcovaných za studena-?Vysokokvalitné-zvitky valcované za studena- používané na razenie majú obsah fosforu a síry hlboko pod horným limitom pre bežnú oceľ. Je to práve preto, aby sa zabezpečilo, že materiál má dobrú plasticitu, húževnatosť a vnútornú kvalitu, aby sa predišlo fatálnym chybám, ako je praskanie a delaminácia počas následného spracovania, ako je lisovanie.