Aliajele de ferrofosfor sunt compuse în principal din fier (Fe) și fosfor (P), cu un conținut de fosfor de obicei cuprins între 15% și 25%. Apar sub formă de bulgări sau granule, cu un punct de topire de aproximativ 1100-1200 grade și o densitate de 7,2-7,5 g/cm³. Influența lor de bază asupra proprietăților oțelului provine din:
Solubilitatea solidă limitată a fosforului în oțel (doar aproximativ 0,02% la temperatura camerei) și cantitățile excesive precipită cu ușurință sub formă de fosfuri, cum ar fi Fe₃P;
Diferența de rază dintre atomii de fosfor și fier provoacă deformarea rețelei după soluția solidă, rezultând un efect de întărire;
Fosforul are o tendință puternică de a se segrega, acumulându-se cu ușurință la granițele granulelor și perturbând legarea granițelor.
Efectele pozitive ale aliajelor FeP asupra proprietăților oțelului
(1) Rezistență și duritate îmbunătățite semnificativ (efect de întărire a soluției solide)
Fosforul este un element de întărire extrem de eficient, îmbunătățind proprietățile mecanice ale oțelului printr-un mecanism de întărire a soluției solide:
După ce atomii de fosfor se dizolvă în rețeaua de fier, ei provoacă deformarea rețelei, împiedicând mișcarea de dislocare și îmbunătățind semnificativ rezistența și duritatea oțelului. Datele arată că pentru fiecare creștere de 0,01% a fosforului din oțelul cu conținut scăzut de-carbon, rezistența la tracțiune crește cu 6-10 MPa, iar limita de curgere crește cu 5-8 MPa.
Aplicații potrivite:Folosit în armături de-construcții de înaltă rezistență (cum ar fi HRB500E) și oțel structural obișnuit. Prin adăugarea unei cantități adecvate de aliaj de ferofosfor (controlul conținutului de fosfor din oțel la 0,02%-0,04%), cerințele de rezistență ale proiectelor de inginerie pot fi îndeplinite fără creșterea costurilor aliajului.
(2) Rezistență îmbunătățită la coroziune atmosferică (efectul sinergic al filmului de pasivare)
Fosforul poate spori sinergic rezistența la coroziune atmosferică cu elemente precum cuprul și cromul din oțel:
Fosforul poate forma o peliculă densă de oxid compozit Fe₂O₃-P₂O₅ pe suprafața oțelului, împiedicând pătrunderea mediilor corozive (apă, oxigen) și sporind rezistența la coroziune atmosferică;
Aplicație tipică:În producția de oțel pentru intemperii (cum ar fi Q450NQR1), se adaugă în mod intenționat aliaj de fosfor-fier (conținut de fosfor în oțel 0,06%-0,12%), care funcționează sinergic cu cuprul (0,20%-0,50%) și crom (0,30%-1,20%) formând un strat de rugină stabil. Rezistența sa la coroziune atmosferică este de 2-3 ori mai mare decât oțelul carbon obișnuit, ceea ce îl face potrivit pentru poduri, containere și structuri din oțel în aer liber.
(3) Optimizarea performanței de prelucrare (efect de rupere a așchiilor)
Cantitățile adecvate de fosfor pot îmbunătăți prelucrabilitatea oțelului: soluția solidă de fosfor crește ușor fragilitatea oțelului, făcând așchiile mai ușor de spart în timpul tăierii, reducând încurcarea sculei și îmbunătățind eficiența prelucrarii.
Scenarii de aplicare adecvate:Pentru oțelurile cu tăiere liberă-(cum ar fi Y15) utilizate în strunguri automate, controlul conținutului de fosfor din oțel la 0,08%-0,15%, combinat cu sulf, poate crește viteza de tăiere cu 20%-30% și poate prelungi durata de viață a sculei cu 15%-20%.
Impactul negativ al aliajelor de ferofosfor asupra proprietăților oțelului
(1) Duritate și plasticitate reduse, inducerea fragilității la rece (efectul de segregare a granițelor)
Acesta este cel mai proeminent impact negativ al aliajelor de ferofosfor și necesită un control strict:
Fosforul are o tendință puternică de segregare a granițelor, acumulându-se cu ușurință la granițele pentru a forma Fe₃P cu punct de -topire-scăzut (punct de topire 1050 grade), reducând rezistența de legare a graniței;
La temperaturi scăzute, fosfurile granulare cresc în mod semnificativ temperatura de tranziție fragilă a oțelului (de exemplu, când conținutul de fosfor crește de la 0,01% la 0,05%, temperatura de tranziție fragilă a oțelului cu conținut scăzut de carbon crește de la -60 la -20 grade), ceea ce duce la „scăderea friabilității la rece” - o scădere bruscă a impactului, făcând rupere mai bruscă;
Efect de prag: Când conținutul de fosfor din oțel depășește 0,04%, tenacitatea la impact (k) scade de la peste 100J/cm² la sub 50J/cm², iar alungirea scade de la 25% la 15%. Următoarele nu se aplică claselor de oțel supuse condițiilor de temperatură scăzută-sau sarcinilor de impact (cum ar fi oțel pentru poduri și oțel pentru recipiente sub presiune).
(2) Deteriorarea sudabilității (susceptibilitate crescută la fisurare la cald)
Fosforul crește semnificativ riscul de fisurare la cald prin sudură în oțel:
În timpul sudării, fosforul se segregă rapid în zona afectată de sudură și de căldură{0}}, formând o peliculă lichidă cu punct de topire scăzut--, care este predispus la fisurare la cald sub presiunea de sudare;
Datele arată că atunci când conținutul de fosfor din oțel depășește 0,03%, incidența fisurilor la cald de sudare crește de peste trei ori, necesitând adăugarea de stabilizatori de sudare (cum ar fi Mn), crescând astfel costurile de producție.
(3) Fosforul excesiv duce la coroziune localizată (efect de micro-celule)
Conținutul ridicat de fosfor perturbă uniformitatea coroziunii a oțelului:
Îmbogățirea fosforului la granițele granulelor duce la o compoziție chimică neuniformă pe suprafața oțelului, formând micro-celule „-zone bogate în fosfor - fosfor-zone sărace”, accelerând coroziunea localizată (cum ar fi coroziunea prin pitting și coroziunea intergranulară);
Limită corespunzătoare: Conținutul de fosfor din oțelul de intemperii trebuie controlat sub 0,12%. Depășirea acestei limite crește rata de coroziune localizată cu peste 50%, anulând efectele pozitive ale rezistenței la coroziune atmosferică.
Strategii de control pentru adăugarea aliajelor de ferofosfor și adaptarea gradului de oțel
Limitele conținutului de fosfor pentru diferite clase de oțel (consultați standardul GB/T 222)
| Oțel de calitate | Conținutul maxim admis de fosfor (P) | Adăugarea recomandată Cantitatea de aliaj de ferofosfor | Motivul adaptării de bază |
| Container criogenic din oțel (de exemplu, 16MnDR) | Mai mic sau egal cu 0,025% | Adăugarea activă este interzisă. | Previne fragilitatea la rece și asigură rezistența la impact la temperaturi scăzute{0}. |
| Oțel de pod (de exemplu, Q370qE) | Mai mic sau egal cu 0,030% | Adăugarea activă este interzisă | Trebuie să reziste la sarcini dinamice, să prevină riscul de fractură |
| Oțel pentru intemperii (de exemplu, Q450NQR1) | Mai mic sau egal cu 0,12% | 0.05%-0.10% | Îmbunătățește în mod sinergic rezistența la coroziune cu Cu și Cr |
| Armătură-de oțel structural de înaltă rezistență (HRB500E) | Mai mic sau egal cu 0,045% | 0.02%-0.04% | Echilibrarea rezistenței și tenacității, controlând costurile |
| Oțel cu tăiere liberă-(de exemplu, Y15) | Mai mic sau egal cu 0,15% | 0.08%-0.12% | Optimizează performanța de rupere a așchiilor și îmbunătățește eficiența prelucrarii |
Tehnologii cheie pentru controlul suplimentar
Calcul precis:
Pe baza conținutului inițial de fosfor al oțelului topit și a limitei pentru calitatea de oțel țintă, cantitatea de adăugare este calculată folosind „formula echilibrului de fosfor” pentru a evita adăugarea excesivă;
Adaos dispersat:
Aliajul de ferofosfor granular este utilizat și adăugat la oțelul topit într-o manieră curgătoare-pentru a reduce îmbogățirea și segregarea locală;
Aliere:
Adăugarea de mangan (Mn) poate suprima segregarea fosforului (Mn se combină cu S pentru a forma MnS, reducând locurile de îmbogățire cu fosfor la granițele granulelor), controlând de obicei Mn/P mai mare sau egal cu 10.
