Hochwertige Rohstoffe sind die Grundlage für die Herstellung hochwertiger Verbindungselemente. Allerdings weisen die Produkte vieler Hersteller von Verbindungselementen Risse auf. Warum passiert das?

Derzeit liegen die gängigen Spezifikationen für Kohlenstoffbaustahlwalzdrähte, die von inländischen Stahlwerken bereitgestellt werden, bei φ 5,5 bis φ 45, der ausgereiftere Bereich liegt bei φ 6,5 bis φ 30. Es gibt viele Qualitätsunfälle, die durch Phosphorsegregation verursacht werden, wie z. B. die Phosphorsegregation von kleiner Walzdraht und Stab. Der Einfluss der Phosphorseigerung und die Analyse der Rissbildung werden im Folgenden als Referenz vorgestellt. Durch die Zugabe von Phosphor im Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm wird der Austenitphasenbereich entsprechend geschlossen und zwangsläufig der Abstand zwischen Solidus und Liquidus vergrößert. Wenn phosphorhaltiger Stahl von flüssig auf fest abgekühlt wird, muss er einen großen Temperaturbereich durchlaufen.

Die Diffusionsgeschwindigkeit von Phosphor in Stahl ist langsam und das geschmolzene Eisen mit hoher Phosphorkonzentration (niedriger Schmelzpunkt) ist voller erster erstarrter Dendriten, was zur Phosphorseigerung führt. Bei Produkten, die beim Kaltschmieden oder Kaltfließpressen häufig Risse aufweisen, zeigen die metallografische Untersuchung und Analyse, dass Ferrit und Perlit in Streifen verteilt sind und sich in der Matrix weiß gebändertes Ferrit befindet. Auf der gebänderten Ferritmatrix gibt es zeitweise hellgraue Sulfideinschlusszonen. Die Streifenstruktur von Sulfid wird aufgrund der Sulfidsegregation als „Geisterlinie“ bezeichnet.
Der Grund dafür ist, dass der Bereich mit starker Phosphorseigerung eine weiße, helle Zone im Bereich der Phosphoranreicherung aufweist. In der Stranggussbramme konzentrieren sich aufgrund des hohen Phosphorgehalts im weißen Bereich die phosphorreichen säulenförmigen Kristalle, wodurch der Phosphorgehalt sinkt. Wenn der Barren erstarrt, werden zunächst die Austenit-Dendriten von der Stahlschmelze getrennt. Der Phosphor und der Schwefel in diesen Dendriten werden reduziert, aber die schließlich erstarrte Stahlschmelze enthält Phosphor- und Schwefelelemente. Es verfestigt sich zwischen den Dendritenachsen, da die Elemente Phosphor und Schwefel hoch sind. Zu diesem Zeitpunkt wird Sulfid gebildet und Phosphor wird in der Matrix gelöst. Aufgrund der hohen Phosphor- und Schwefelelemente kommt es hier zur Bildung von Sulfid und zur Lösung von Phosphor in der Matrix. Aufgrund des hohen Gehalts an Phosphor- und Schwefelelementen ist der Kohlenstoffgehalt in der festen Phosphorlösung hoch. Auf beiden Seiten des kohlenstoffhaltigen Gürtels, das heißt auf beiden Seiten des Phosphoranreicherungsbereichs, bildet sich ein langer und schmaler intermittierender Perlitgürtel parallel zum weißen Ferritgürtel, und benachbarte normale Gewebe werden getrennt. Unter dem Heizdruck dehnt sich der Barren in Verarbeitungsrichtung zwischen den Wellen aus, da das Ferritband einen hohen Phosphorgehalt enthält, d. h. die Phosphorentmischung führt zur Bildung einer schweren, breiten, hellen Ferritbandstruktur mit einer breiten, hellen Ferritbandstruktur . Es ist zu erkennen, dass es auch hellgraue Sulfidstreifen im breiten hellen Ferritgürtel gibt, der durch einen langen Streifen sulfidreichen Phosphorferritgürtels verteilt ist, den wir normalerweise „Geisterlinie“ nennen. (Siehe Abbildung 1-2)

Flanschschraube

Beim Warmwalzen ist es unmöglich, eine gleichmäßige Mikrostruktur zu erhalten, solange eine Phosphorseigerung vorliegt. Noch wichtiger ist, dass die Phosphorseigerung, die eine „Geisterlinienstruktur“ gebildet hat, unweigerlich die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigt. Eine Phosphorsegregation in kohlenstoffgebundenem Stahl kommt häufig vor, ihr Ausmaß ist jedoch unterschiedlich. Eine starke Phosphorseigerung („Geisterlinienstruktur“) hat äußerst schädliche Auswirkungen auf Stahl. Offensichtlich ist die starke Entmischung von Phosphor die Ursache für Kaltstauchrisse. Da der Phosphorgehalt in verschiedenen Stahlkörnern unterschiedlich ist, weisen die Materialien unterschiedliche Festigkeiten und Härten auf. Andererseits erzeugt es im Material innere Spannungen, die dazu führen, dass das Material leicht reißt. Bei Materialien mit „Geisterlinien“-Struktur hat der Phosphorgehalt in Materialien gerade aufgrund der Abnahme der Härte, Festigkeit, Bruchdehnung und Flächenverringerung, insbesondere der Abnahme der Schlagzähigkeit, einen großen Zusammenhang mit der Struktur und Eigenschaften von Stahl.
Im „Geisterlinien“-Gewebe in der Mitte des Sichtfelds wurde metallographisch eine große Menge dünnes, hellgraues Sulfid nachgewiesen. Die nichtmetallischen Einschlüsse im Baustahl liegen überwiegend in Form von Oxiden und Sulfiden vor. Gemäß dem Standardklassifizierungsdiagramm GB/T10561-2005 für den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen in Stahl beträgt der Sulfidgehalt von Einschlüssen der Klasse B 2,5 oder mehr. Nichtmetallische Einschlüsse sind eine potenzielle Rissquelle. Sein Vorhandensein wird die Kontinuität und Kompaktheit der Stahlkonstruktion ernsthaft beeinträchtigen und somit die interkristalline Festigkeit erheblich verringern.
Es wird spekuliert, dass das Sulfid in der „Geisterlinie“ der inneren Struktur des Stahls der Teil ist, der am leichtesten reißt. Daher kam es am Produktionsstandort zu Rissen bei einer großen Anzahl von Verbindungselementen beim Kaltstauchen und Abschrecken durch Wärmebehandlung, die durch eine große Anzahl hellgrauer langer Sulfide verursacht wurden. Dieser Vliesstoff zerstörte die Kontinuität der Metalleigenschaften und erhöhte das Risiko einer Wärmebehandlung. „Geisterlinien“ können nicht durch Normalisieren oder andere Methoden entfernt werden, und Verunreinigungselemente müssen vor dem Schmelzen oder dem Eintritt der Rohstoffe in die Anlage streng kontrolliert werden. Nichtmetallische Einschlüsse werden je nach Zusammensetzung und Verformbarkeit in Aluminiumoxid (Typ A), Silikat (Typ C) und kugelförmiges Oxid (Typ D) unterteilt. Sein Aussehen unterbricht die Kontinuität des Metalls und führt nach dem Abziehen zu Grübchen oder Rissen, die beim Kaltstauchen leicht zu Rissen führen und bei der Wärmebehandlung zu Spannungskonzentrationen und damit zu Abschreckrissen führen können. Daher sollten nichtmetallische Einschlüsse streng kontrolliert werden. Die aktuellen Kohlenstoffstähle GB/T700-2006 und GB T699-2016 für hochwertige Kohlenstoffstähle stellen Anforderungen an nichtmetallische Einschlüsse. Für wichtige Teile handelt es sich im Allgemeinen um Grobserien vom Typ A, B, C, Feinserien sind nicht größer als 1,5, Grobsysteme vom Typ D, Ds und Stufe 2 sind nicht größer als Stufe 2.

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