一般來說,磷是鋼中的有害元素你雌。它來源于礦石和生鐵等煉鋼原料柑潦。磷在純鐵中有相當(dāng)大的溶解度浩嫌。磷能提高鋼的強度蛛淋,但使范性俺亮、韌性降低躲查,特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高酌心,即提高鋼的冷脆性弟蚀。磷的有害影響主要就在于此蚤霞。由于磷的有害影響,同時考慮到磷在鋼中有比較大的偏析义钉,因而對其含量要嚴(yán)格的加以限制昧绣。
生鐵中都含有一部分的磷,在煉鋼過程中未能除盡從而殘留在鋼中断医。磷在鋼中可以形成Fe3P和Fe2P兩種化合物滞乙。在α相與Fe3P之間,1049℃時會產(chǎn)生共晶反應(yīng)(10.13%P)鉴嗤。普通鋼中磷含量不大于0.06%斩启,而磷在α-Fe中可以少量溶解,因此醉锅,一般不會因為含有磷元素而出現(xiàn)新相兔簇。但是由于磷在α-Fe中擴散困難,因此鋼中磷的偏析會比較嚴(yán)重。
首先就是枝晶偏析垄琐,由于先結(jié)晶的奧氏體枝晶中含磷量比較低边酒,后結(jié)晶的奧低體的枝間部分含磷量則比較高,擴散退火也難以使其均勻狸窘,因此極易產(chǎn)生偏析墩朦。為了減少偏析,只有盡量的降低鋼中的磷含量翻擒。除了枝晶偏析氓涣,磷在鋼中在氣泡周圍最后凝固處還會形成嚴(yán)重的磷偏析,被稱為氣泡偏析陋气。若鍛打時焊接不好劳吠,會產(chǎn)生裂紋,通過特殊的浸蝕劑可以加以區(qū)分巩趁。
近些年來痒玩,人們對磷偏析的行為進行了廣泛深入的研究。磷在晶界偏聚的測定方法分別有晶界蝕刻法议慰、電極電位法蠢古、自動射線照相技術(shù)、離子探針顯微分析褒脯、俄歇能譜儀等便瑟。通過建立溶質(zhì)原子的擴散模型,并且對磷的非平衡晶界偏聚恒溫動力學(xué)進行了實驗和研究計算番川,測試了磷元素的非平衡偏聚濃度到涂,而且獲得了磷在鋼中的非平衡晶界偏聚動力學(xué)完整曲線。并且研究了在連續(xù)冷卻和分步冷卻過程中磷在晶界的偏聚颁督,以及磷對定向凝固合金凝固形態(tài)的影響践啄。
磷的偏聚傾向比較大,當(dāng)鋼中含有0.003%質(zhì)量分數(shù)的磷時沉御。就可以觀察到磷在晶界上的偏聚屿讽。用俄歇能譜儀和離子濺射技術(shù)研究磷元素在晶界附近的分布,可知磷在晶界附近偏聚的區(qū)域很窄吠裆,小于60Å伐谈。偏聚范圍和多種因素有關(guān),如合金元素试疙、回火溫度诵棵、保溫時間以及晶界結(jié)構(gòu)等。
鋼中磷偏析是有害的祝旷,由于成分的不均勻履澳,會造成組織的不均勻嘶窄,并最終導(dǎo)致性能的不均勻。在含磷處高的地方硬而脆距贷,不同區(qū)域的性能不同會容易造成內(nèi)應(yīng)力柄冲,引起偏析裂紋,所以在加工過程中磷偏析集中的區(qū)域容易開裂忠蝗。磷偏析是碳鋼軋制鋼板過程中表面坑孔腐蝕的主要形成因素现横。在有內(nèi)裂紋產(chǎn)生的板坯中,從鑄坯的窄面到鑄坯的寬度中心阁最,裂紋表面的磷含量呈逐漸增加的趨勢长赞。分步冷卻工藝還可以加速鋼中磷元素的非平衡晶界偏聚過程,加速了鋼材的脆化闽撤,因此要盡量降低鋼中的磷含量。但是有一些鋼種為了提高鋼的強度脯颜,增加鋼的抗大氣腐蝕能力哟旗,或者改變鋼的易切削性能,則是需要提高鋼中的磷含量栋操。
有學(xué)者曾用P32同位素研究了在不同工藝下闸餐,磷元素在不同鋼中的分布狀態(tài)及其影響規(guī)律,在經(jīng)高溫處理的鋼表面矾芙,隨著熱處理溫度的提高舍沙,磷元素的高富集層加寬,并且富集的濃度提高剔宪,而與磷富集層相鄰的區(qū)域呈現(xiàn)對應(yīng)的貧磷區(qū)拂铡,由此可以表明磷元素是一種極強的“上坡擴散”元素,鑄造工藝和熱處理工藝都會影響到磷元素的分布狀態(tài)葱绒,這種影響主要是通過磷元素的上坡擴散實現(xiàn)的感帅。磷元素在鋼中上坡擴散效應(yīng)的強弱是與鋼中的成分有關(guān)的,硅含量的提高和碳含量的降低都將促進磷元素的上坡擴散效應(yīng)地淀。
——本文摘自文獻綜述