Paduan ferrofosfor sebagian besar terdiri dari besi (Fe) dan fosfor (P), dengan kandungan fosfor biasanya berkisar antara 15% hingga 25%. Bentuknya berupa gumpalan atau butiran, dengan titik leleh sekitar 1100-1200 derajat dan kepadatan 7,2-7,5 g/cm³. Pengaruh intinya terhadap sifat baja berasal dari:
Kelarutan fosfor dalam baja yang terbatas (hanya sekitar 0,02% pada suhu kamar), dan jumlah yang berlebihan mudah mengendap sebagai fosfida seperti Fe₃P;
Perbedaan jari-jari antara atom fosfor dan besi menyebabkan distorsi kisi setelah larutan padat, sehingga menimbulkan efek penguatan;
Fosfor mempunyai kecenderungan yang kuat untuk memisah, mudah terakumulasi pada batas butir dan mengganggu ikatan batas butir.
Efek Positif Paduan FeP terhadap Sifat Baja
(1) Peningkatan Kekuatan dan Kekerasan Secara Signifikan (Efek Penguatan Larutan Padat)
Fosfor adalah elemen penguat yang sangat efisien, meningkatkan sifat mekanik baja melalui mekanisme penguatan larutan padat:
Setelah atom fosfor larut dalam kisi besi, atom tersebut menyebabkan distorsi kisi, menghambat pergerakan dislokasi, dan secara signifikan meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja. Data menunjukkan bahwa untuk setiap peningkatan 0,01% fosfor pada baja karbon rendah-, kekuatan tarik meningkat sebesar 6-10 MPa, dan kekuatan luluh meningkat sebesar 5-8 MPa.
Aplikasi yang cocok:Digunakan pada{0}}perkuatan bangunan berkekuatan tinggi (seperti HRB500E) dan baja struktural biasa. Dengan menambahkan paduan ferrofosfor dalam jumlah yang sesuai (mengontrol kandungan fosfor dalam baja menjadi 0,02%-0,04%), persyaratan kekuatan proyek teknik dapat dipenuhi tanpa meningkatkan biaya paduan.
(2) Peningkatan Ketahanan Korosi Atmosfer (Efek Sinergis Film Pasifasi)
Fosfor secara sinergis dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi di atmosfer dengan unsur-unsur seperti tembaga dan kromium dalam baja:
Fosfor dapat membentuk lapisan oksida komposit Fe₂O₃-P₂O₅ yang padat pada permukaan baja, menghambat penetrasi media korosif (air, oksigen) dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi di atmosfer;
Aplikasi khas:Dalam produksi baja tahan cuaca (seperti Q450NQR1), paduan besi fosfor-(kandungan fosfor dalam baja 0,06%-0,12%) sengaja ditambahkan, yang bekerja secara sinergis dengan tembaga (0,20%-0,50%) dan kromium (0,30%-1,20%) untuk membentuk lapisan karat yang stabil. Ketahanan korosi atmosferiknya 2-3 kali lipat dari baja karbon biasa, sehingga cocok untuk jembatan, kontainer, dan struktur baja luar ruangan.
(3) Mengoptimalkan Kinerja Pemesinan (Efek Pemecahan Chip)
Jumlah fosfor yang tepat dapat meningkatkan kemampuan mesin baja: Larutan padat fosfor sedikit meningkatkan kerapuhan baja, membuat serpihan lebih mudah pecah selama pemotongan, mengurangi keterikatan pahat, dan meningkatkan efisiensi pemesinan.
Skenario aplikasi yang cocok:Untuk baja{0}}pemotongan bebas (seperti Y15) yang digunakan dalam mesin bubut otomatis, mengontrol kandungan fosfor dalam baja hingga 0,08%-0,15%, dikombinasikan dengan sulfur, dapat meningkatkan kecepatan potong sebesar 20%-30% dan memperpanjang umur pahat sebesar 15%-20%.
Dampak Negatif Paduan Ferrofosfor pada Sifat Baja
(1) Mengurangi Ketangguhan dan Plastisitas, Menimbulkan Kerapuhan Dingin (Efek Pemisahan Batas Butir)
Ini adalah dampak negatif yang paling menonjol dari paduan ferrofosfor dan memerlukan kontrol yang ketat:
Fosfor memiliki kecenderungan kuat terhadap segregasi batas butir, mudah terakumulasi pada batas butir membentuk-titik leleh-Fe₃P yang rendah (titik leleh 1050 derajat ), sehingga mengurangi kekuatan ikatan batas butir;
Pada suhu rendah, fosfida batas butir secara signifikan meningkatkan suhu transisi rapuh baja (misalnya, ketika kandungan fosfor meningkat dari 0,01% menjadi 0,05%, suhu transisi rapuh baja karbon rendah-meningkat dari -60 derajat menjadi -20 derajat ), menyebabkan "kerapuhan dingin"-penurunan tajam dalam ketangguhan benturan pada suhu rendah, sehingga lebih mungkin terjadi patah mendadak;
Efek ambang batas: Ketika kandungan fosfor dalam baja melebihi 0,04%, ketangguhan impak (k) turun dari di atas 100J/cm² menjadi di bawah 50J/cm², dan perpanjangan turun dari 25% menjadi 15%. Hal berikut ini tidak berlaku untuk kualitas baja yang terkena-kondisi suhu rendah atau beban tumbukan (seperti baja jembatan dan baja bejana tekan).
(2) Penurunan kemampuan las (peningkatan kerentanan terhadap retak panas)
Fosfor secara signifikan meningkatkan risiko retak panas pada baja:
Selama pengelasan, fosfor dengan cepat terpisah di area las dan-yang terkena dampak panas, membentuk lapisan cairan-titik leleh-rendah, yang rentan terhadap keretakan panas akibat tekanan pengelasan;
Data menunjukkan bahwa ketika kandungan fosfor dalam baja melebihi 0,03%, kejadian retak panas las meningkat lebih dari tiga kali lipat, sehingga memerlukan penambahan penstabil las (seperti Mn), sehingga meningkatkan biaya produksi.
(3) Fosfor yang berlebihan menyebabkan korosi lokal (efek sel mikro)
Kandungan fosfor yang tinggi mengganggu keseragaman korosi baja:
Pengayaan fosfor pada batas butir menyebabkan komposisi kimia yang tidak merata pada permukaan baja, membentuk sel mikro-daerah kaya fosfor - fosfor-daerah miskin'', mempercepat korosi lokal (seperti korosi lubang dan korosi antar butir);
Batasan yang sesuai: Kandungan fosfor dalam baja tahan cuaca harus dikontrol di bawah 0,12%. Melebihi batas ini akan meningkatkan laju korosi lokal lebih dari 50%, meniadakan efek positif dari ketahanan terhadap korosi di atmosfer.
Strategi Pengendalian Penambahan Paduan Ferrofosfor dan Adaptasi Tingkat Baja
Batas Kandungan Fosfor untuk Kelas Baja Berbeda (Lihat Standar GB/T 222)
| Kelas Baja | Kandungan Fosfor Maksimum yang Diijinkan (P) | Jumlah Penambahan Paduan Ferrofosfor yang Direkomendasikan | Alasan Adaptasi Inti |
| Baja wadah kriogenik (misalnya, 16MnDR) | Kurang dari atau sama dengan 0,025% | Penambahan aktif dilarang. | Mencegah kerapuhan akibat suhu dingin dan memastikan{0}}ketangguhan benturan pada suhu rendah. |
| Baja jembatan (misalnya, Q370qE) | Kurang dari atau sama dengan 0,030% | Penambahan aktif dilarang | Harus menahan beban dinamis, mencegah risiko patah tulang |
| Baja pelapukan (misalnya, Q450NQR1) | Kurang dari atau sama dengan 0,12% | 0.05%-0.10% | Secara sinergis meningkatkan ketahanan terhadap korosi dengan Cu dan Cr |
| Tulangan baja struktural berkekuatan tinggi-(HRB500E) | Kurang dari atau sama dengan 0,045% | 0.02%-0.04% | Menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan, mengendalikan biaya |
| Gratis-pemotongan baja (misal, Y15) | Kurang dari atau sama dengan 0,15% | 0.08%-0.12% | Mengoptimalkan kinerja pemecahan chip dan meningkatkan efisiensi pemesinan |
Teknologi Utama untuk Kontrol Penambahan
Perhitungan Akurat:
Berdasarkan kandungan fosfor awal baja cair dan batasan mutu baja target, jumlah penambahan dihitung menggunakan "rumus keseimbangan fosfor" untuk menghindari penambahan berlebihan;
Penambahan Tersebar:
Paduan ferrofosfor granular digunakan dan ditambahkan ke baja cair secara mengalir-untuk mengurangi pengayaan dan segregasi lokal;
Paduan:
Menambahkan mangan (Mn) dapat menekan segregasi fosfor (Mn bergabung dengan S membentuk MnS, mengurangi lokasi pengayaan fosfor pada batas butir), biasanya mengendalikan Mn/P Lebih Besar dari atau sama dengan 10.
