磷对钢的微观组织的影响
  发布时间:2014年07月28日 点击数:

  一般来说,磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷在纯铁中有相当大的溶解度。磷能提高钢的强度,但使范性、韧性降低,特别是使钢的脆性转折温度急剧升高,即提高钢的冷脆性。磷的有害影响主要就在于此。由于磷的有害影响,同时考虑到磷在钢中有比较大的偏析,因而对其含量要严格的加以限制。
  生铁中都含有一部分的磷,在炼钢过程中未能除尽从而残留在钢中。磷在钢中可以形成Fe3P和Fe2P两种化合物。在α相与Fe3P之间,1049℃时会产生共晶反应(10.13%P)。普通钢中磷含量不大于0.06%,而磷在α-Fe中可以少量溶解,因此,一般不会因为含有磷元素而出现新相。但是由于磷在α-Fe中扩散困难,因此钢中磷的偏析会比较严重。
  首先就是枝晶偏析,由于先结晶的奥氏体枝晶中含磷量比较低,后结晶的奥低体的枝间部分含磷量则比较高,扩散退火也难以使其均匀,因此极易产生偏析。为了减少偏析,只有尽量的降低钢中的磷含量。除了枝晶偏析,磷在钢中在气泡周围最后凝固处还会形成严重的磷偏析,被称为气泡偏析。若锻打时焊接不好,会产生裂纹,通过特殊的浸蚀剂可以加以区分。
  近些年来,人们对磷偏析的行为进行了广泛深入的研究。磷在晶界偏聚的测定方法分别有晶界蚀刻法、电极电位法、自动射线照相技术、离子探针显微分析、俄歇能谱仪等。通过建立溶质原子的扩散模型,并且对磷的非平衡晶界偏聚恒温动力学进行了实验和研究计算,测试了磷元素的非平衡偏聚浓度,而且获得了磷在钢中的非平衡晶界偏聚动力学完整曲线。并且研究了在连续冷却和分步冷却过程中磷在晶界的偏聚,以及磷对定向凝固合金凝固形态的影响。
  磷的偏聚倾向比较大,当钢中含有0.003%质量分数的磷时。就可以观察到磷在晶界上的偏聚。用俄歇能谱仪和离子溅射技术研究磷元素在晶界附近的分布,可知磷在晶界附近偏聚的区域很窄,小于60Å。偏聚范围和多种因素有关,如合金元素、回火温度、保温时间以及晶界结构等。
  钢中磷偏析是有害的,由于成分的不均匀,会造成组织的不均匀,并最终导致性能的不均匀。在含磷处高的地方硬而脆,不同区域的性能不同会容易造成内应力,引起偏析裂纹,所以在加工过程中磷偏析集中的区域容易开裂。磷偏析是碳钢轧制钢板过程中表面坑孔腐蚀的主要形成因素。在有内裂纹产生的板坯中,从铸坯的窄面到铸坯的宽度中心,裂纹表面的磷含量呈逐渐增加的趋势。分步冷却工艺还可以加速钢中磷元素的非平衡晶界偏聚过程,加速了钢材的脆化,因此要尽量降低钢中的磷含量。但是有一些钢种为了提高钢的强度,增加钢的抗大气腐蚀能力,或者改变钢的易切削性能,则是需要提高钢中的磷含量。
  有学者曾用P32同位素研究了在不同工艺下,磷元素在不同钢中的分布状态及其影响规律,在经高温处理的钢表面,随着热处理温度的提高,磷元素的高富集层加宽,并且富集的浓度提高,而与磷富集层相邻的区域呈现对应的贫磷区,由此可以表明磷元素是一种极强的“上坡扩散”元素,铸造工艺和热处理工艺都会影响到磷元素的分布状态,这种影响主要是通过磷元素的上坡扩散实现的。磷元素在钢中上坡扩散效应的强弱是与钢中的成分有关的,硅含量的提高和碳含量的降低都将促进磷元素的上坡扩散效应。

                     ——本文摘自文献综述