Ферофосфорните сплави се състоят главно от желязо (Fe) и фосфор (P), като съдържанието на фосфор обикновено варира от 15% до 25%. Те изглеждат като бучки или гранули, с точка на топене приблизително 1100-1200 градуса и плътност 7,2-7,5 g/cm³. Тяхното основно влияние върху свойствата на стоманата произтича от:
Ограничената твърда разтворимост на фосфора в стоманата (само около 0,02% при стайна температура) и прекомерните количества лесно се утаяват като фосфиди като Fe3P;
Разликата в радиуса между фосфорните и железните атоми причинява изкривяване на решетката след твърд разтвор, което води до укрепващ ефект;
Фосфорът има силна тенденция да се отделя, лесно се натрупва по границите на зърната и нарушава свързването на границите на зърната.
Положителни ефекти на FeP сплави върху свойствата на стоманата
(1) Значително подобрена здравина и твърдост (Ефект на укрепване на твърдия разтвор)
Фосфорът е високоефективен укрепващ елемент, подобряващ механичните свойства на стоманата чрез механизъм за укрепване на твърд разтвор:
След като фосфорните атоми се разтворят в желязната решетка, те причиняват изкривяване на решетката, възпрепятствайки движението на дислокациите и значително подобрявайки здравината и твърдостта на стоманата. Данните показват, че за всяко 0,01% увеличение на фосфора в ниско{2}}въглеродната стомана, якостта на опън се увеличава с 6-10 MPa, а границата на провлачване се увеличава с 5-8 MPa.
Подходящи приложения:Използва се в -здрава строителна армировка (като HRB500E) и обикновена структурна стомана. Чрез добавяне на подходящо количество ферофосфорна сплав (контролиране на съдържанието на фосфор в стоманата до 0,02%-0,04%), изискванията за якост на инженерните проекти могат да бъдат изпълнени без увеличаване на разходите за сплав.
(2) Подобрена устойчивост на атмосферна корозия (синергичен ефект на пасивиращия филм)
Фосфорът може синергично да подобри устойчивостта на атмосферна корозия с елементи като мед и хром в стоманата:
Фосфорът може да образува плътен Fe₂O₃-P₂O₅ композитен оксиден филм върху стоманената повърхност, възпрепятствайки проникването на корозивни среди (вода, кислород) и повишавайки устойчивостта на атмосферна корозия;
Типично приложение:При производството на устойчива на атмосферни влияния стомана (като Q450NQR1) умишлено се добавя фосфор-желязна сплав (съдържание на фосфор в стоманата 0,06%-0,12%), която работи синергично с мед (0,20%-0,50%) и хром (0,30%-1,20%), за да образува стабилен слой ръжда. Неговата устойчивост на атмосферна корозия е 2-3 пъти по-висока от тази на обикновената въглеродна стомана, което го прави подходящ за мостове, контейнери и външни стоманени конструкции.
(3) Оптимизиране на производителността на обработката (ефект на чупене на стружки)
Подходящите количества фосфор могат да подобрят обработваемостта на стоманата: Фосфорният твърд разтвор леко повишава крехкостта на стоманата, което прави стружките по-лесни за счупване по време на рязане, намалява заплитането на инструмента и подобрява ефективността на обработката.
Подходящи сценарии за приложение:За -стомани със свободно рязане (като Y15), използвани в автоматични стругове, контролирането на съдържанието на фосфор в стоманата до 0,08%-0,15%, комбинирано със сяра, може да увеличи скоростта на рязане с 20%-30% и да удължи живота на инструмента с 15%-20%.
Отрицателни въздействия на ферофосфорните сплави върху свойствата на стоманата
(1) Намалена якост и пластичност, предизвикваща студена крехкост (ефект на разделяне на границата на зърното)
Това е най-значимото отрицателно въздействие на ферофосфорните сплави и изисква строг контрол:
Фосфорът има силна тенденция за сегрегация по границите на зърната, лесно се натрупва по границите на зърната, за да образува Fe₃P с ниска-точка на топене- (точка на топене 1050 градуса), намалявайки якостта на свързване по границите на зърната;
При ниски температури, граничните фосфиди на зърната значително повишават температурата на преход на крехкост на стоманата (напр., когато съдържанието на фосфор се увеличи от 0,01% до 0,05%, температурата на преход на крехкост на ниско-въглеродната стомана се повишава от -60 градуса до -20 градуса), което води до "студена чупливост" - рязко намаляване на ударната якост при ниски температури, което прави внезапното счупване по-вероятно;
Прагов ефект: Когато съдържанието на фосфор в стоманата надвишава 0,04%, якостта на удар (k) пада от над 100J/cm² до под 50J/cm², а удължението пада от 25% на 15%. Следното не се отнася за видове стомани, подложени на ниски-температурни условия или ударни натоварвания (като мостова стомана и стомана за съдове под налягане).
(2) Влошаване на заваряемостта (повишена чувствителност към горещо напукване)
Фосфорът значително увеличава риска от горещо напукване на заваръчните шевове в стомана:
По време на заваряване фосфорът бързо се отделя в заваръчния шев и засегнатата от топлина-зона, образувайки течен филм с ниска -точка на{2}}точка на топене, който е склонен към горещо напукване при напрежение при заваряване;
Данните показват, че когато съдържанието на фосфор в стоманата надвишава 0,03%, честотата на горещо напукване на заваръчния шев се увеличава повече от три пъти, което изисква добавянето на стабилизатори за заваряване (като Mn), като по този начин се увеличават производствените разходи.
(3) Прекомерният фосфор води до локализирана корозия (ефект на микро-клетки)
Високото съдържание на фосфор нарушава равномерността на корозията на стоманата:
Обогатяването с фосфор по границите на зърната води до неравномерен химичен състав на повърхността на стоманата, образувайки „богати на фосфор-области - фосфор-бедни зони“ микро-клетки, ускоряващи локализирана корозия (като точкова корозия и междукристална корозия);
Подходяща граница: Съдържанието на фосфор в устойчивата на атмосферни влияния стомана трябва да се контролира под 0,12%. Превишаването на тази граница увеличава локализираната скорост на корозия с повече от 50%, отричайки положителните ефекти на устойчивостта на атмосферна корозия.
Стратегии за контрол за добавяне на ферофосфорна сплав и адаптиране на марката стомана
Граници на съдържанието на фосфор за различни степени на стомана (вижте стандарт GB/T 222)
| Клас стомана | Максимално допустимо съдържание на фосфор (P) | Препоръчително количество за добавяне на ферофосфорна сплав | Причина за основната адаптация |
| Стомана за криогенни контейнери (напр. 16MnDR) | По-малко или равно на 0,025% | Активното добавяне е забранено. | Предотвратява студочупливостта и осигурява устойчивост на-ниски температури. |
| Мостова стомана (напр. Q370qE) | По-малко или равно на 0,030% | Активното добавяне е забранено | Трябва да издържа на динамични натоварвания, предотвратявайки риска от счупване |
| Стомана, устойчива на атмосферни влияния (напр. Q450NQR1) | По-малко или равно на 0,12% | 0.05%-0.10% | Синергично повишава устойчивостта на корозия с Cu и Cr |
| Армировка от-конструкционна стомана с висока якост (HRB500E) | По-малко или равно на 0,045% | 0.02%-0.04% | Балансиране на здравина и издръжливост, контролиране на разходите |
| Свободно{0}}рязана стомана (напр. Y15) | По-малко или равно на 0,15% | 0.08%-0.12% | Оптимизира производителността на чупене на стружки и подобрява ефективността на машинната обработка |
Ключови технологии за контрол на добавянето
Точно изчисление:
Въз основа на първоначалното съдържание на фосфор в разтопената стомана и границата за целевия клас стомана, добавеното количество се изчислява, като се използва "формулата за фосфорен баланс", за да се избегне прекомерното добавяне;
Разпръснато добавяне:
Използва се гранулирана ферофосфорна сплав и се добавя към разтопената стомана по -проточен начин, за да се намали локалното обогатяване и сегрегация;
Легиране:
Добавянето на манган (Mn) може да потисне сегрегацията на фосфор (Mn се комбинира с S, за да образува MnS, намалявайки местата за обогатяване на фосфор по границите на зърната), обикновено контролирайки Mn/P По-голямо или равно на 10.
