Kako zlitina fero fosforja vpliva na lastnosti jekla?

Ferofosforjeve zlitine so v glavnem sestavljene iz železa (Fe) in fosforja (P), pri čemer se vsebnost fosforja običajno giblje od 15 % do 25 %. Videti so kot grudice ali zrnca, s tališčem približno 1100-1200 stopinj in gostoto 7,2-7,5 g/cm³. Njihov glavni vpliv na lastnosti jekla izhaja iz:

 Omejena trdna topnost fosforja v jeklu (samo okoli 0,02 % pri sobni temperaturi) in prevelike količine se zlahka oborijo kot fosfidi, kot je Fe3P;

 Razlika v polmeru med atomi fosforja in železa povzroči popačenje mreže po trdni raztopini, kar ima za posledico učinek krepitve;

 Fosfor je močno nagnjen k ločevanju, zlahka se kopiči na mejah zrn in moti vez med zrni.

(1) Bistveno izboljšana trdnost in trdota (učinek krepitve trdne raztopine)

Fosfor je zelo učinkovit ojačevalni element, ki izboljšuje mehanske lastnosti jekla prek ojačevalnega mehanizma s trdno raztopino:

Ko se atomi fosforja raztopijo v rešetki železa, povzročijo popačenje mreže, ovirajo gibanje dislokacij in bistveno izboljšajo trdnost in trdoto jekla. Podatki kažejo, da se za vsako 0,01-odstotno povečanje fosforja v nizko{2}}ogljičnem jeklu natezna trdnost poveča za 6–10 MPa, meja tečenja pa za 5–8 MPa.

 Primerne aplikacije:Uporablja se v-gradbeni ojačitvi visoke trdnosti (kot je HRB500E) in navadnem konstrukcijskem jeklu. Z dodajanjem ustrezne količine ferofosforjeve zlitine (nadzorovanje vsebnosti fosforja v jeklu na 0,02 %-0,04 %) je mogoče izpolniti zahteve glede trdnosti inženirskih projektov brez povečanja stroškov zlitine.

(2) Izboljšana odpornost proti atmosferski koroziji (sinergistični učinek pasivacijske folije)

Fosfor lahko sinergistično poveča odpornost proti atmosferski koroziji z elementi, kot sta baker in krom v jeklu:
Fosfor lahko tvori gost Fe₂O₃-P₂O₅ kompozitni oksidni film na jekleni površini, ki ovira prodiranje korozivnih medijev (voda, kisik) in poveča odpornost proti atmosferski koroziji;
 Tipična uporaba:Pri proizvodnji trpežnega jekla (kot je Q450NQR1) je namerno dodana fosfor-železova zlitina (vsebnost fosforja v jeklu 0,06 %-0,12 %), ki sinergistično deluje z bakrom (0,20 %-0,50 %) in kromom (0,30 %-1,20 %), da tvori stabilno plast rje. Njegova odpornost proti atmosferski koroziji je 2-3-krat večja kot pri navadnem ogljikovem jeklu, zaradi česar je primeren za mostove, zabojnike in jeklene konstrukcije na prostem.

(3) Optimiziranje zmogljivosti obdelave (učinek lomljenja ostružkov)

Ustrezne količine fosforja lahko izboljšajo obdelovalnost jekla: trdna raztopina fosforja nekoliko poveča krhkost jekla, zaradi česar se ostružki lažje lomijo med rezanjem, zmanjša se zapletanje orodja in izboljša učinkovitost obdelave.
 Primerni scenariji uporabe:Za-jekla s prostim rezom (kot je Y15), ki se uporabljajo v avtomatskih stružnicah, lahko nadzor vsebnosti fosforja v jeklu na 0,08 %–0,15 % v kombinaciji z žveplom poveča hitrost rezanja za 20 %–30 % in podaljša življenjsko dobo orodja za 15 %–20 %.

(1) Zmanjšana žilavost in plastičnost, povzroča hladno krhkost (učinek segregacije meje zrn)

To je najizrazitejši negativni vpliv ferofosfornih zlitin in zahteva strog nadzor:

 Fosfor je močno nagnjen k ločevanju na mejah zrn, zlahka se kopiči na mejah zrn, da tvori nizko-tališče-Fe₃P (tališče 1050 stopinj), kar zmanjšuje trdnost vezi na mejah zrn;

 Pri nizkih temperaturah fosfidi na mejah zrn občutno povečajo temperaturo krhkega prehoda jekla (npr. ko se vsebnost fosforja poveča z 0,01 % na 0,05 %, temperatura krhkega prehoda nizko-ogljikovega jekla naraste s -60 stopinj na -20 stopinj), kar vodi v "hladno krhkost" - močno zmanjšanje udarne žilavosti pri nizkih temperaturah, kar poveča verjetnost nenadnega loma;

 Učinek praga: Ko vsebnost fosforja v jeklu preseže 0,04 %, udarna žilavost (k) pade z nad 100J/cm² na pod 50J/cm², raztezek pa s 25% na 15%. Naslednje ne velja za jekla, ki so izpostavljena nizkim-temperaturnim razmeram ali udarnim obremenitvam (kot je jeklo za mostove in jeklo za tlačne posode).

(2) Poslabšanje varivosti (povečana dovzetnost za vroče razpoke)

Fosfor znatno poveča tveganje vročih razpok v jeklu:

 Med varjenjem se fosfor hitro loči v zvaru in na toplotno-območju, pri čemer tvori tekoči film z nizko-tališčem-točke, ki je nagnjen k vročim razpokam pod varilno napetostjo;
 Podatki kažejo, da ko vsebnost fosforja v jeklu preseže 0,03 %, se pogostnost vročih razpok zvara poveča za več kot trikrat, kar zahteva dodajanje varilnih stabilizatorjev (kot je Mn), kar poveča proizvodne stroške.

(3) Prekomerni fosfor povzroči lokalizirano korozijo (učinek mikro-celic)

Visoka vsebnost fosforja moti korozijsko enakomernost jekla:

 Obogatitev s fosforjem na mejah zrn vodi do neenakomerne kemične sestave na jekleni površini, kar tvori mikro-celice »fosforjem-bogata območja - fosforjem-revna območja«, kar pospešuje lokalizirano korozijo (kot sta luknjičasta korozija in interkristalna korozija);

 Ustrezna meja: vsebnost fosforja v jeklu, ki je izpostavljeno vremenskim vplivom, mora biti pod 0,12 %. Preseganje te meje poveča lokalizirano stopnjo korozije za več kot 50 %, kar izniči pozitivne učinke odpornosti proti atmosferski koroziji.

Omejitve vsebnosti fosforja za različne vrste jekla (glejte standard GB/T 222)

Ključne tehnologije za nadzor dodajanja

Natančen izračun:

Na podlagi začetne vsebnosti fosforja v staljenem jeklu in mejne vrednosti za ciljni razred jekla se količina dodajanja izračuna z uporabo "formule ravnovesja fosforja", da se prepreči pretirano dodajanje;

Razpršeni dodatek:

Uporabljena je zrnata ferofosforjeva zlitina, ki je dodana staljenemu jeklu na -pretočni način, da se zmanjša lokalno obogatitev in ločevanje;

Legiranje:

Dodajanje mangana (Mn) lahko zavre segregacijo fosforja (Mn se združi z S, da nastane MnS, kar zmanjša mesta obogatitve s fosforjem na mejah zrn), kar običajno nadzoruje Mn/P, večje ali enako 10.