La tubería de acero sin costuras SAE 1541 es un representante típico de los materiales de acero de manganeso de carbono medio. Su contenido de fósforo (P) y azufre (s) tiene un impacto significativo en las propiedades mecánicas, las características de procesamiento y el rendimiento del servicio de la tubería de acero. Combinando los principios de la ciencia de los materiales y la práctica industrial, el siguiente análisis se lleva a cabo de tres aspectos: mecanismo de acción, correlación de rendimiento y estrategia de control:
1. Propiedades metalúrgicas y mecanismo de acción del fósforo y azufre
Formulario y daño de la ocurrencia de fósforo
El fósforo existe en la red de ferrita en acero como una solución sólida, o forma segregación en el límite de grano. Sus efectos negativos centrales incluyen:
Aumento de la fábrica fría: por cada 0. 01% de aumento en el contenido de fósforo, la temperatura de transición dúctil-mordisco (DBTT) aumenta en aproximadamente 20-30 grado, reduciendo significativamente la tenacidad de impacto de la tubería de acero en un entorno de baja temperatura.
Debilitamiento del límite de grano: la segregación del fósforo en el límite del grano reducirá la resistencia al enlace del límite del grano, lo que dará como resultado una tasa de crecimiento de grietas de fatiga acelerada.
Existencia y peligros del azufre
Sulphur se combina con manganeso para formar inclusiones de MNS, y sus efectos son los siguientes:
Riesgo de fragilidad caliente: cuando el contenido de azufre es mayor que 0. 040%, MNS se derrite a temperatura de trabajo en caliente (800-1200} grado), lo que resulta en una caída repentina en la resistencia al límite de grano y las grietas rodantes.
La anisotropía se intensifica: MNS se distribuye en una cadena a lo largo de la dirección de rodadura, lo que hace que la resistencia al impacto transversal de la tubería de acero disminuya en un 30% -50% en comparación con la dirección longitudinal.
II. Efecto de gradiente del contenido de fósforo y azufre en las propiedades de la tubería de acero
(I) Correlación de propiedades mecánicas
Equilibrio de fuerza y plasticidad
Cuando el contenido de fósforo aumenta de {{0}}. 020%a 0.045%, la resistencia a la tracción (σ _ b) de SAE 1541 aumenta en aproximadamente un 5%, pero la elongación (δ) disminuye en un 3%{{8}%.
El contenido de azufre mayor que 0. 030% intensificará la anisotropía, lo que provocará la contracción de la sección transversal (ψ) por debajo del 60% de la dirección longitudinal.
Umbral de resistencia a la baja temperatura
Cuando el contenido de fósforo es mayor que 0. 025%, la energía de impacto de grado {2}} (KV2) cae de 80 J a menos de 50 J, lo que no puede cumplir con los requisitos de los estándares de tuberías de baja temperatura (como GB\/T 18984).
El contenido de azufre mayor que 0. 015% aumentará la temperatura de transición dúctil-breve de -40 grado a -20, limitando la aplicación de tuberías de acero en áreas frías.
(Ii) Influencia de las características de procesamiento
Rendimiento de procesamiento en caliente
Por cada 0. 01% de aumento en el contenido de azufre, la probabilidad de agrietamiento en caliente aumenta en un 15%, y el límite superior de la temperatura de rodadura debe reducirse de 1250 grados a 1180 grados para evitar el rango frágil caliente.
Rendimiento de soldadura
El efecto sinérgico del fósforo y el azufre aumenta significativamente la sensibilidad de las grietas de soldadura: cuando la suma de P+S es mayor que 0. 060%, la tasa de grietas en frío de la soldadura sin grifos puede alcanzar el 30%.
El contenido de azufre mayor que 0. 020% aumentará la porosidad de la soldadura, que debe ser compensada por soldadura por arco de argón + proceso de gas de protección de doble capa.
(Iii) rendimiento de servicio especial
Resistencia a la corrosión
Contenido de fósforo> 0. 030% acelerará la tasa de picaduras de las tuberías de acero en entornos que contienen CL⁻ y aumentarán la tasa de pérdida de peso de corrosión en 2-3 veces.
Las inclusiones de MNS formadas por azufre se disuelven preferentemente en medios ácidos y se convierten en el punto de partida de la corrosión.
Vida de fatiga
Cuando el contenido total de fósforo y azufre es> 0. 070%, la resistencia de fatiga de la tubería de acero a 10^6 ciclos cae de 450 MPa a 380 MPa, una disminución del 15%.
Iii. Estrategia de control de optimización de componentes de fósforo y azufre
(I) Mejora del proceso de fundición
Tecnología de refinación fuera de juego
El proceso de doble refinación LF+Rh se puede utilizar para controlar el contenido de fósforo a menos o igual a 0. 0 15% y el contenido de azufre a menos de o 0.008%, alcanzando el nivel de acero ultra-puro.
Control de morfología de inclusión
Agregar tratamiento de calcio (CA\/Si =1. 2-1. 5) transforma MN en CAS esféricos para reducir los peligros anisotrópicos.
(Ii) Balance de diseño de componentes
Control sinérgico de fósforo-azufre
P menor o igual a {{0}}. 020%, s menor o igual a 0.010% se recomienda, en este momento, ambas fuerza (σ _ b más o igual a 900 MPa) y la dureza (-40 grados kv2 más que o igual a 50 j) se puede tomar en cuenta.
Compensación microálvula
Agregar 0. 02%-0. 05%elementos de tierras raras (como CE) pueden refinar los granos y fijar el fósforo residual y el azufre, lo que puede aumentar la vida útil de la fatiga en un 20%.
IV. Escenarios de aplicación y sugerencias de selección de materiales
Eje de transmisión de automóviles
P menor o igual a {{0}}. 018%, s menor o igual a 0.008%, combinado con el proceso de fortalecimiento de la oración del disparo, la vida de la fatiga torsional puede alcanzar más de 10^7 veces.
Cilindro hidráulico
El proceso de tratamiento de calcio (CA\/S =1. 5) se usa para dispersar el sulfuro, y la dureza alcanza HV800 después de cromo en la superficie.
Entonces, en nuestra opinión, el rango de control óptimo del contenido de fósforo y azufre en la tubería de acero sin costura SAE 1541 es P menor o igual que 0. 0 20%, s menor o igual a 0.010%, en el que la resistencia, la dureza y el rendimiento del procesamiento se pueden equilibrar. Las instrucciones de investigación futuras incluyen: desarrollar tecnología de monitoreo en línea para fósforo y azufre para lograr una regulación dinámica del proceso de fundición; Aplicación de agitación electromagnética para refinar la estructura de solidificación y reducir el riesgo de segregación de fósforo y azufre; Explorando la tecnología de tratamiento compuesto de calcio de tierras raras para optimizar la distribución de inclusiones. A través del control preciso del contenido de fósforo y azufre y la optimización del proceso de soporte, el rendimiento integral de la tubería de acero SAE 1541 se puede mejorar aún más para satisfacer la demanda de tuberías de alto rendimiento en la fabricación de equipos de alta gama.
