碳素工具钢

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碳素工具钢的主要质量问题及影响因素之碳素工具钢的石墨化

    碳素工具钢的石墨化:在一定的条件下,某些钢中的固溶碳和化合碳以游离状态析出,这一析出过程称为石墨化。在钢中呈游离态存在的碳称为石墨碳,碳素工具钢的石墨化可表示为∶Fe,C→3Fe+【C】(石墨)。当石墨化严重时,在断口检查时可发现断口呈黑色,即所谓"黑色断口"。石墨化使钢变脆即通常说的"黑脆"。碳素工具钢有时会产生石墨化,这会给钢带来危害,因为发生石墨化后在淬火时石墨并不溶入奥氏体,从而显著降低了奥氏体的碳含量,使淬火后得不到高硬度,同时由于石墨呈夹杂形式存在破坏了金属的连续性,增加了钢的脆性,显著降低了钢的强度、塑性和韧性。
    发生石墨化的原因有∶
    (1)炼钢脱氧时,硅、铝加入量过多,会促使石墨化。T12 钢炼钢加入铝脱氧时,若铝的加入量过高会出现黑色断口;
    (2)硅含量和钼含量高的某些钢易产生石墨化;
    (3)变形量大时,产生大量显微裂纹加速石墨化;
    (4)变形温度低易发生石墨化;
    (5)长时间退火、冷却速度慢易发生石墨化;
    (6)淬火对石墨有显著影响,可加强石墨化;
    (7)钢中加入少量铬或其他碳化物形成元素,可阻止石墨化。
    国内治金企业碳素工具钢在生产中发生石墨化的情况可简要归结如下;
    (1)碳含量高的钢出现石墨化的概率大于碳含量低的钢,T12 钢比 T8 钢出现石墨化的概率要大;
    (2)经多次冷、热加工的板、丝出现石墨化的概率大于棒材;
    (3)小尺寸的钢材出现石墨化的概率大于大尺寸的钢材。有些厂曾对发生石墨化的 T12 钢材进行分析研究后得出结论——低温轧制是促进石墨化的基本原因。终轧温度低于 800℃石墨化倾向严重,石墨化倾向急剧增大,这是因为在 820℃以下变形,由于渗碳体的出现使钢的塑性降低,显微裂纹增加,导致石墨化倾向加速。760℃是钢材合理的退火温度,在此温度下退火石墨化最轻;在700℃退火石墨化程度严重;在 800℃退火也有利于石墨化的析出。图1-8示出了这些试验的结果,清楚地表明了终轧温度和退火温度对产生石墨化的影响。有些厂在分析了产生石墨化的原因后,采取控制残余合金元素铬的含量的办法来减少石墨化的产生,在生产中将铬含量控制在 0.06%~0.20%,大生产统计平均铬含量为 0.12%,同时在生产中还要控制终脱氧用铝的加入量,此后就基本上不再发生石墨化。碳素工具钢为易脱碳钢,在热加工时应采用较低的加热温度,终轧温度也必须低,这有利于防止脱碳,但却不利于防止石墨化。如从防止产生网状碳化物来看,也希望终轧温度低一些为好,这同样不利于防止石墨化。综合起来进行考虑,对碳素工具钢,适当地补加少量的铬,可以收到多方面的良好效果。美国标准中就有含铬为0.10%~0.50%的碳素工具钢。
碳素工具钢的石墨化


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