Ферофосфорні сплави в основному складаються із заліза (Fe) і фосфору (P), при цьому вміст фосфору зазвичай коливається від 15% до 25%. Вони виглядають як грудочки або гранули з температурою плавлення приблизно 1100-1200 градусів і щільністю 7,2-7,5 г/см³. Їх основний вплив на властивості сталі випливає з:
Обмежена тверда розчинність фосфору в сталі (лише близько 0,02% при кімнатній температурі) і надмірні кількості легко випадають у вигляді фосфідів, таких як Fe3P;
Різниця в радіусі між атомами фосфору та заліза викликає спотворення решітки після твердого розчину, що призводить до ефекту зміцнення;
Фосфор має сильну тенденцію до сегрегації, легко накопичуючись на межі зерен і порушуючи зв’язок між зернами.
Позитивний вплив сплавів FeP на властивості сталі
(1) Значно покращена міцність і твердість (Ефект зміцнення твердого розчину)
Фосфор є високоефективним зміцнюючим елементом, що покращує механічні властивості сталі через механізм зміцнення твердого розчину:
Після того, як атоми фосфору розчиняються в решітці заліза, вони викликають спотворення ґратки, перешкоджаючи руху дислокацій і значно покращуючи міцність і твердість сталі. Дані показують, що на кожні 0,01% збільшення вмісту фосфору в низько-вуглецевій сталі межа міцності зростає на 6-10 МПа, а межа текучості збільшується на 5-8 МПа.
Відповідні програми:Використовується для -високоміцної арматури будівель (наприклад, HRB500E) і звичайної конструкційної сталі. Додавши відповідну кількість ферофосфорного сплаву (контролюючи вміст фосфору в сталі до 0,02%-0,04%), можна задовольнити вимоги до міцності інженерних проектів без збільшення вартості сплаву.
(2) Покращена стійкість до атмосферної корозії (синергетичний ефект пасивуючої плівки)
Фосфор може синергетично підвищити стійкість до атмосферної корозії з такими елементами, як мідь і хром у сталі:
Фосфор може утворювати щільну композитну оксидну плівку Fe₂O₃-P₂O₅ на поверхні сталі, перешкоджаючи проникненню корозійних середовищ (води, кисню) і підвищуючи стійкість до атмосферної корозії;
Типове застосування:Під час виробництва стійкої до атмосферних впливів сталі (наприклад, Q450NQR1) навмисно додається фосфор-залізний сплав (вміст фосфору в сталі 0,06%-0,12%), який синергетично працює з міддю (0,20%-0,50%) і хромом (0,30%-1,20%), утворюючи стабільний шар іржі. Його стійкість до атмосферної корозії в 2-3 рази вища, ніж у звичайної вуглецевої сталі, що робить його придатним для мостів, контейнерів і зовнішніх сталевих конструкцій.
(3) Оптимізація продуктивності обробки (ефект руйнування стружки)
Відповідна кількість фосфору може покращити оброблюваність сталі: твердий розчин фосфору дещо підвищує крихкість сталі, полегшуючи ламання стружки під час різання, зменшуючи заплутування інструменту та покращуючи ефективність обробки.
Відповідні сценарії застосування:Для-сталей із вільним різанням (таких як Y15), які використовуються в токарних верстатах, контроль вмісту фосфору в сталі до 0,08%–0,15% у поєднанні з сіркою може збільшити швидкість різання на 20%–30% і подовжити термін служби інструменту на 15%–20%.
Негативний вплив ферофосфорних сплавів на властивості сталі
(1) Знижена в'язкість і пластичність, викликаючи холодноламкість (ефект сегрегації між зернами)
Це найбільш помітний негативний вплив ферофосфорних сплавів і вимагає суворого контролю:
Фосфор має сильну тенденцію до сегрегації між зернами, легко накопичуючись на межах зерен, утворюючи Fe₃P з низькою{0}}температурою-плавлення (температура плавлення 1050 градусів), що знижує міцність зв’язування між зернами;
За низьких температур зерномежові фосфіди значно підвищують температуру крихкості сталі (наприклад, коли вміст фосфору збільшується з 0,01% до 0,05%, температура крихкості низько-вуглецевої сталі підвищується з -60 градусів до -20 градусів), що призводить до «холодноламкості» — різкого зниження ударної в’язкості за низьких температур, що підвищує ймовірність раптового руйнування;
Пороговий ефект: коли вміст фосфору в сталі перевищує 0,04%, ударна в’язкість (k) падає від понад 100 Дж/см² до нижче 50 Дж/см², а подовження падає з 25% до 15%. Наведене нижче не стосується марок сталі, які піддаються низьким -температурним умовам або ударним навантаженням (наприклад, мостова сталь і сталь для посудин під тиском).
(2) Погіршення зварюваності (підвищена схильність до гарячих тріщин)
Фосфор значно підвищує ризик утворення гарячих тріщин у сталі:
Під час зварювання фосфор швидко відділяється у зварному шві та в зоні термічного -впливу, утворюючи рідку плівку-з-температурою плавлення, яка схильна до розтріскування під час зварювання;
Дані показують, що коли вміст фосфору в сталі перевищує 0,03%, частота гарячих тріщин у зварному шві зростає більш ніж утричі, що вимагає додавання зварювальних стабілізаторів (таких як Mn), що збільшує витрати на виробництво.
(3) Надлишок фосфору призводить до локалізованої корозії (ефект мікро-елементів)
Високий вміст фосфору порушує корозійну рівномірність сталі:
Збагачення фосфором на межах зерен призводить до нерівномірного хімічного складу на поверхні сталі, утворюючи мікро-ділянки «багатих фосфором-областей - фосфор-бідних ділянок», що прискорює локалізовану корозію (таку як точкова корозія та міжкристалічна корозія);
Відповідне обмеження: Вміст фосфору в сталі, що витримує погодні умови, повинен бути нижче 0,12%. Перевищення цієї межі збільшує швидкість локалізованої корозії більш ніж на 50%, зводячи нанівець позитивний вплив стійкості до атмосферної корозії.
Стратегії контролю додавання ферофосфорного сплаву та адаптації марки сталі
Обмеження вмісту фосфору для різних марок сталі (див. стандарт GB/T 222)
| Марка сталі | Максимально допустимий вміст фосфору (P) | Рекомендована кількість додавання ферофосфорного сплаву | Причина базової адаптації |
| Кріогенна контейнерна сталь (наприклад, 16MnDR) | Менше або дорівнює 0,025% | Активне додавання заборонено. | Запобігає холодноламкості та забезпечує -в’язкість до низьких температур. |
| Мостова сталь (наприклад, Q370qE) | Менше або дорівнює 0,030% | Активне додавання заборонено | Повинен витримувати динамічні навантаження, запобігати ризику перелому |
| Атмосферна сталь (наприклад, Q450NQR1) | Менше або дорівнює 0,12% | 0.05%-0.10% | Синергічно підвищує стійкість до корозії з Cu та Cr |
| Високо{0}}міцна конструкційна сталева арматура (HRB500E) | Менше або дорівнює 0,045% | 0.02%-0.04% | Баланс міцності та міцності, контроль витрат |
| Сталь вільного різання- (наприклад, Y15) | Менше або дорівнює 0,15% | 0.08%-0.12% | Оптимізує продуктивність руйнування стружки та покращує ефективність обробки |
Ключові технології для контролю додавання
Точний розрахунок:
Виходячи з початкового вмісту фосфору в розплавленій сталі та обмеження для цільової марки сталі, кількість додавання розраховується за допомогою «формули балансу фосфору», щоб уникнути надмірного додавання;
Дисперсне додавання:
Використовується гранульований ферофосфорний сплав, який додається до розплавленої сталі -наскрізним способом, щоб зменшити локальне збагачення та сегрегацію;
легування:
Додавання марганцю (Mn) може пригнічувати сегрегацію фосфору (Mn поєднується з S, утворюючи MnS, зменшуючи місця збагачення фосфором на межах зерен), зазвичай контролюючи Mn/P більше або дорівнює 10.
