1. Основная форма существования фосфора в стали
Фосфор обычно существует в виде твердого раствора в феррите. Из-за значительной разницы в атомном радиусе между атомами фосфора и железа атомы фосфора сильно отделяются к границам зерен во время затвердевания и охлаждения. Эта уникальная тенденция к сегрегации является основной причиной ряда эффектов, которые фосфор оказывает на свойства стали.
2. Отрицательное воздействие фосфора на
Стальная трубаПроизводительность (Опасности высокого фосфора)
В большинстве инженерных стальных труб фосфор считается вредным остаточным элементом, и его содержание строго ограничено. Его основные негативные последствия проявляются в следующих аспектах:
Холодная хрупкость
Это самый значительный и опасный негативный эффект фосфора. Сегрегация фосфора на границах зерен значительно снижает прочность связи между границами зерен, что приводит к резкому снижению ударной вязкости стали при комнатных или низких температурах. Это проявляется как:
Увеличение Дуктильн-к-хрупкой температуры перехода: Фосфор значительно увеличивает дуктильн-к-хрупкой температуру перехода (DBTT) стали. Это означает, что в зимние или низкотемпературные условия (например, нефте-и газопроводы на севере Китая и морские платформенные конструкции) стальные трубы с высоким содержанием фосфора более подвержены хрупкому разрушению. Такая неудача является внезапной и непредсказуемой, что делает ее чрезвычайно опасной.
Уменьшенная энергия удара: В испытании удара В-зазубрины Шарпи, небольшое увеличение содержания фосфора значительно уменьшает энергию поглощенную ударом.
Повреждение свариваемости: фосфор является основным врагом сварки. Во время сварки стальных труб тепловой цикл усиливает сегрегацию фосфора на границах зерен линии плавления и зоны термического воздействия (ЗВС).
Холодное растрескивание сварного шва: Фосфор образует эвтектику с низкой температурой плавления с другими остаточными элементами, такими как сера (S), повышая восприимчивость к затвердеванию и растрескиванию при ожижении.
Снижение ударной вязкости ЗВЗ: даже если после сварки не появятся трещины, прочность ЗВЗ будет сильно ухудшаться из-за сегрегации фосфора, становясь слабым звеном во всем компоненте.
Поражает горячей Workability
Во время горячей работы (такой как прокатка и ковка) высокофосфорных сталей сегрегация фосфора на границах зерен может привести к «горячей хрупкости», увеличивая риск горячего растрескивания.
III. Потенциальное положительное влияние фосфора на свойства стальных труб (преимущества низкого или контролируемого фосфора)
В редких и специфических случаях точный контроль фосфора может превратить его негативные эффекты в полезные свойства.
Повышение прочности и атмосферной коррозионной стойкости
Усиливать твердого раствора: Фосфор весьма сильный твердый элемент решения усиливая, во-вторых только к углероду и азоту, и далеко превосходя элементы как марганец, кремний, и никель. Даже следовые количества фосфора могут значительно увеличить прочность (особенно предел текучести) и твердость стали. В некоторых стальных трубах общего назначения с особыми требованиями к прочности и менее строгими требованиями к ударной вязкости допускается немного более высокое содержание фосфора для снижения затрат.
Устойчивость к атмосферным воздействиям: фосфор в сочетании с такими элементами, как медь (Cu) и хром (Cr), способствует образованию плотного, стабильного слоя ржавчины («защитная ржавчина») на стальной поверхности, эффективно блокируя дальнейшее нападение влаги и кислорода, тем самым улучшая устойчивость стальной трубы к атмосферной коррозии. Это одна из ключевых легирующих концепций в выветривании стали.
IV. Контроль фосфора в современном производстве стальных труб
Учитывая значительное вредное воздействие фосфора, современная металлургическая промышленность использует контроль содержания фосфора в качестве ключевого показателя чистоты расплавленной стали.
Строгое управление верхним пределом: Почти все стандарты стальных труб (как АПИ, АСТМ, ЭН, и ГБ) устанавливают весьма строгие верхние пределы для содержания фосфора. Например, высококачественная трубопроводная сталь и стальная труба сосуда высокого давления обычно требуют содержания фосфора не более 0,020% или даже 0,015%. Обычные жидкости транспортировки стальных труб также, как правило, должны быть ниже 0,030%.
Достижения в металлургических процессах: Благодаря предварительной обработке горячего металла (dephosphorization), эффективной dephosphorization во время плавки конвертера или электрической печи и рафинирования вне печи (например, печи LF и вакуумная обработка RH), современные сталелитейные заводы смогли последовательно контролировать содержание фосфора на чрезвычайно низких уровнях.
Концепция «Бродяги»: Фосфор, наряду с серой, азотом, водородом и кислородом, классифицируется как бродяга, требующий строгого контроля. При покупке высококачественных стальных труб требования к содержанию фосфора часто являются обязательными условиями технического соглашения.
