1. forma de existencia básica de fósforo en acero
El fósforo existe típicamente como una solución sólida en la ferrita. Debido a la diferencia significativa en el radio atómico entre los átomos de fósforo y hierro, los átomos de fósforo se segregan fuertemente hacia los límites de los granos durante la solidificación y el enfriamiento. Esta tendencia única de segregación es la razón fundamental de la gama de efectos que tiene el fósforo sobre las propiedades del acero.
2. impactos negativos del fósforo en
Tubería de aceroRendimiento (Los peligros del alto contenido de fósforo)
En la mayoría de las tuberías de acero de ingeniería, el fósforo se considera un elemento residual dañino, y su contenido es estrictamente limitado. Sus principales efectos negativos se manifiestan en los siguientes aspectos:
Frío de la fragilidad
Este es el efecto negativo más significativo y peligroso del fósforo. La segregación de fósforo en los límites de grano reduce significativamente la fuerza de unión entre los límites de grano, lo que resulta en una fuerte disminución de la tenacidad al impacto del acero a temperatura ambiente o baja. Esto se manifiesta como:
Aumento de la temperatura de transición de dúctil a frágil: El fósforo aumenta significativamente la temperatura de transición de dúctil a frágil (DBTT) del acero. Esto significa que en invierno o en entornos de baja temperatura (como los oleoductos y gasoductos en el norte de China y las estructuras de plataformas marinas), las tuberías de acero con alto contenido de fósforo son más susceptibles a la fractura frágil. Tal fracaso es repentino e impredecible, por lo que es extremadamente peligroso.
Energía de impacto reducida: En una prueba de impacto Charpy con muesca en V, un ligero aumento en el contenido de fósforo reduce significativamente la energía absorbida por el impacto.
Daño a la soldabilidad: el fósforo es un enemigo importante de la soldadura. Durante la soldadura de tubos de acero, el ciclo térmico exacerba la segregación de fósforo en los límites de grano de la línea de fusión y la zona afectada por el calor (HAZ).
El fósforo forma eutécticos de bajo punto de fusión con otros elementos residuales como el azufre (S), lo que aumenta la susceptibilidad al agrietamiento por solidificación y al agrietamiento por licuefacción.
Dureza HAZ reducida: Incluso si no aparecen grietas después de la soldadura, la dureza de la HAZ se degradará severamente debido a la segregación de fósforo, convirtiéndose en un eslabón débil en todo el componente.
Trabajabilidad en caliente afectada adversamente
Durante el trabajo en caliente (como el laminado y la forja) de aceros con alto contenido de fósforo, la segregación de fósforo en los límites de los granos puede provocar "fragilidad en caliente", lo que aumenta el riesgo de agrietamiento por trabajo en caliente.
III. Posibles efectos positivos del fósforo en las propiedades de las tuberías de acero (beneficios del fósforo bajo o controlado)
En casos raros y específicos, el control preciso del fósforo puede transformar sus efectos negativos en propiedades beneficiosas.
Mejora de la resistencia y la resistencia a la corrosión atmosférica
Fortalecimiento de la solución sólida: el fósforo es un elemento de fortalecimiento de la solución sólida extremadamente fuerte, solo superado por el carbono y el nitrógeno, y elementos muy superiores como el manganeso, el silicio y el níquel. Incluso pequeñas cantidades de fósforo pueden aumentar significativamente la resistencia (especialmente la resistencia a la fluencia) y la dureza del acero. En algunas tuberías de acero de uso general con requisitos de resistencia específicos y requisitos de tenacidad menos estrictos, se permiten contenidos de fósforo ligeramente más altos para reducir los costos.
Resistencia a la intemperie: el fósforo, cuando se combina con elementos como el cobre (Cu) y el cromo (Cr), promueve la formación de una capa de óxido densa y estable ("óxido protector") en la superficie del acero, bloqueando efectivamente el ataque adicional de la humedad y el oxígeno. mejorando así la resistencia de la tubería de acero a la corrosión atmosférica. Este es uno de los conceptos clave de aleación en el acero resistente a la intemperie.
IV. Control de fósforo en la producción moderna de tubos de acero
Dados los efectos nocivos significativos del fósforo, la industria moderna del acero y la metalurgia utiliza el control del contenido de fósforo como un indicador clave de la pureza del acero fundido.
Control estricto del límite superior: Casi todos los estándares de tubos de acero (como API, ASTM, EN y GB) establecen límites superiores extremadamente estrictos para el contenido de fósforo. Por ejemplo, el acero de tubería de alta calidad y la tubería de acero para recipientes a presión generalmente requieren un contenido de fósforo no superior al 0,020% o incluso al 0,015%. También se requiere que los tubos de acero de transporte de fluido ordinario estén por debajo del 0,030%.
Avances en procesos metalúrgicos: a través del pretratamiento de metales calientes (desfosforación), la desfosforación eficiente durante la fundición del convertidor o del horno eléctrico y el refinado fuera del horno (como los hornos de LF y el tratamiento al vacío RH), las acerías modernas han podido controlar consistentemente el contenido de fósforo a niveles extremadamente bajos.
El fósforo, junto con azufre, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno, se clasifica como un elemento vagabundo que requiere un control estricto. Al comprar tubos de acero de alta gama, los requisitos para el contenido de fósforo son a menudo términos de acuerdos técnicos obligatorios.
