1. Waarom moet het fosfor(P)-gehalte strikt gecontroleerd worden? Tot welke ernstige gevolgen zal dit leiden?
Mechanisme: Fosforatomen hebben een sterk versterkend effect op de vaste oplossing in staal, waardoor de sterkte ervan aanzienlijk wordt verbeterd. Ze scheiden zich echter sterk af aan de korrelgrenzen, waardoor de bindingsenergie van de korrelgrens wordt verminderd en een scherpe afname van de plasticiteit en taaiheid van het staal wordt veroorzaakt.
Specifieke manifestaties: Deze afname van de taaiheid is vooral uitgesproken bij lage temperaturen, waardoor het staal bros wordt en gevoelig is voor brosse breuken, een fenomeen dat bekend staat als "koude brosheid".
Impact op het stempelen: Voor onderdelen die koud stempelen vereisen, vermindert de aanwezigheid van fosfor de koude verwerkbaarheid van het materiaal aanzienlijk. Omdat stempelen een goed plastisch vervormingsvermogen vereist, maakt de brosheid veroorzaakt door fosfor de onderdelen gevoeliger voor scheuren tijdens vervorming, vooral bij lage temperaturen of in complexe vervormingsgebieden.
Kwantitatief effect: Uit onderzoek blijkt dat bij conventioneel staal met een laag-koolstofgehalte, wanneer het fosforgehalte hoger is dan 0,15%, de rek (plasticiteitsindex) van het materiaal scherp begint af te nemen. Daarom is het fosforgehalte van koud-gewalste rollen die worden gebruikt voor dieptrekken doorgaans strikt beperkt tot minder dan 0,035%.
2. Waarom moet het zwavel(S)-gehalte strikt gecontroleerd worden? Tot welke ernstige gevolgen zal dit leiden?
Mechanisme: Zwavel is vrijwel onoplosbaar in staal, maar combineert met ijzer om ijzersulfide (FeS) te vormen. FeS en ijzer vormen een eutectische structuur met een laag-smeltpunt- (ongeveer 985 graden).
Specifieke manifestaties: Hete werktemperaturen (zoals warmwalsen en smeden) van staal liggen doorgaans boven de 1150 ~ 1200 graden. Wanneer staal tot dit temperatuurbereik wordt verwarmd, smelt het FeS met een laag-smelt- punt, verdeeld aan de korrelgrenzen, eerst, waardoor de bindingskracht tussen de korrels wordt verstoord, waardoor het staal tijdens de verwerking barst; dit staat bekend als "hete broosheid".
Impact op het stempelen: Hoewel het koudwalsproces zelf geen hoge temperaturen met zich meebrengt, zijn warmgewalste rollen de grondstof voor koudwalsen. Als er microscheuren ontstaan in de warm-gewalste rol als gevolg van een hoog zwavelgehalte, zullen deze defecten tijdens het koudwalsen worden vergroot en versterkt, wat uiteindelijk leidt tot porositeit, afbladder- of stampscheuren in het uiteindelijke koud-gewalste product.
3.Welke schade veroorzaakt de aanwezigheid van fosfor en zwavel aan de interne kwaliteit van koud-gewalste rollen?
Zwavel veroorzaakt delaminatiedefecten: dit is een van de meest typische gevaren veroorzaakt door zwavel. Zwavel in staal komt voor in de vorm van sulfiden (zoals MnS) en wordt tijdens het walsen in de walsrichting uitgerekt, waardoor band- of lamellaire structuren ontstaan. Deze gestreepte sulfiden verstoren de continuïteit van de metaalmatrix en werken als lagen "diafragma's" ingebed in het staal. Tijdens daaropvolgende verwerking of onder spanning barsten deze gestreepte insluitsels gemakkelijk, waardoor delaminatiedefecten ontstaan. Uit onderzoek blijkt dat het verlagen van het zwavelgehalte in staal tot minder dan 0,02% delaminatie effectief kan voorkomen.
Fosfor induceert spanningscorrosiescheuren: Fosforsegregatie bij korrelgrenzen wordt een "actieve route" voor scheurvoortplanting. Tegelijkertijd bevordert fosfor het anodische oplossingsproces van staal in bepaalde corrosieve media (zoals nitraatoplossingen), waardoor de vorming van passivatiefilms wordt belemmerd, waardoor de gevoeligheid van het staal voor spanningscorrosiescheuren aanzienlijk wordt vergroot.
4.Welke nadelige effecten hebben fosfor en zwavel op de daaropvolgende verwerking van koud-gewalste rollen (zoals lassen en oppervlaktebehandeling)?
Verslechtering van de lasbaarheid:
Fosfor: Verhoogt de neiging tot koude brosheid van lasmetaal, wat leidt tot brosse breuk van de lasverbinding tijdens afkoelen of onderhoud bij lage temperaturen.
Zwavel: Vermindert de ductiliteit van lasmetaal en maakt het vatbaar voor heet scheuren (stollingsscheuren) tijdens het lassen, omdat zwavelsegregatie het stollingstemperatuurbereik van het lasmetaal verlaagt, waardoor het gevoeliger wordt voor scheuren in de latere stadia van het stollen.
Impact op de kwaliteit van de oppervlaktebehandeling:
Zowel zwavel als fosfor zijn sterk scheidende elementen. Tijdens warmtebehandeling (zoals gloeien) kunnen ze zich ophopen op het oppervlak van stalen platen. Deze afzettingen op het oppervlak kunnen de daaropvolgende chemische behandelingen ernstig beïnvloeden, zoals het veroorzaken van abnormale kristallisatie en een slechte hechting van de fosfateringsfilm (een gebruikelijke onderlaag vóór de-coating), waardoor uiteindelijk de algehele corrosieweerstand na het coaten wordt verminderd.
5. Wat zijn de controlenormen voor fosfor en zwavel in gewone koud-gewalste rollen? Koudgewalste-kwaliteit van hoge- kwaliteit die voor het stempelen worden gebruikt, hebben een fosfor- en zwavelgehalte ver onder de bovengrens voor gewoon staal. Dit is precies om ervoor te zorgen dat het materiaal een goede plasticiteit, taaiheid en interne kwaliteit heeft, om fatale defecten zoals scheuren en delaminatie tijdens daaropvolgende verwerking zoals stempelen te voorkomen.