Berhati -hatilah dengan efek turun -temurun dari elemen residu, S, Cr, & Ni dari baja bekas tentang kinerja casting

Ringkasan Eksekutif: Dalam produksi pengecoran, baja bekas adalah bahan pengisi tungku yang sangat diperlukan, tetapi kompleksitas komposisinya menimbulkan “musuh yang tidak terlihat”—elemen sisa seperti fosfor (P), sulfur (S), kromium (Cr), dan nikel (Di dalam). Jejak ini, unsur-unsur berbahaya diteruskan, atau “diwariskan,” dari bahan pengisi hingga pengecoran akhir. Sekalipun komponen kimia utamanya (seperti karbon, silikon, dan mangan) memenuhi spesifikasi, elemen sisa ini secara diam-diam dapat menurunkan struktur internal, menyebabkan berkurangnya ketangguhan material, kemampuan las yang buruk, dan bahkan cacat kritis seperti robekan panas dan patah getas selama perlakuan atau servis panas. Artikel ini memberikan eksplorasi mendalam tentang risiko turun-temurun dari elemen-elemen gelandangan ini dan menawarkan metode praktis untuk pemeriksaan muatan tungku dan penghitungan pengenceran untuk membantu pabrik pengecoran mencegah masalah ini sebelum terjadi..

SAYA. Itu “Efek Keturunan”: Bagaimana Elemen Sisa Menjadi Ancaman Tersembunyi terhadap Pengecoran

The casting process is essentially the remelting and recrystallization of metal. During this process, all elements contained within the scrap steel, whether beneficial or detrimental, are almost entirely dissolved into the molten metal and become part of the new casting’s chemical composition. This transfer is known as the “hereditary effect” of residual elements.

Unlike some impurities that can be effectively removed through refining, elements like P, S, Cr, and Ni are difficult to oxidize or remove via slag in conventional electric arc furnace (EAF) or induction furnace melting processes. Karena itu, menyukai “genetic traits,” they are passed down from the previous generation of products (baja bekas) to the next (castings), carrying their negative impacts along with them.

Key Detrimental Effects:

• Fosfor (P): The primary culprit behind “cold shortness” or low-temperature embrittlement in steel. While phosphorus has a significant solid-solution strengthening effect, it sharply increases the ductile-to-brittle transition temperature. When P segregates at grain boundaries, it severely weakens the cohesion between grains, making the casting highly susceptible to brittle fracture under low-temperature conditions or impact loading.
• Sulfur (S): The main cause of “hot shortness” or hot tearing. Sulfur reacts with iron to form low-melting-point iron sulfide (FeS). During steel solidification, these sulfides distribute themselves as a liquid film along austenite grain boundaries. When the casting is subjected to high-temperature processing or is in a high-temperature service environment, these low-melting-point phases melt prematurely, causing grain boundaries to separate and form hot tears.
• Kromium (Cr): Although an important alloying element, when present as a residual element in non-alloyed or low-alloy steels, it increases hardenability. This can lead to the formation of unintended martensitic structures during cooling or welding, increasing hardness and brittleness and inducing cracks. For steel grades requiring specific properties, excess Cr disrupts the intended performance balance.
• Nikel (Di dalam): Similar to chromium, nickel is a key alloying element that improves strength and toughness. Namun, as an unintentional residual element, it alters the steel’s phase transformation points and heat treatment behavior. An accumulation of residual Ni and Cr, especially in carbon steels, can significantly impair weldability and machinability.

A typical scenario: A batch of castings passes all inspections for conventional elements like C, Dan, and Mn, yet its impact toughness (especially at low temperatures) is far below expectations. The root cause is very likely excessive phosphorus inherited from scrap steel. This hidden performance defect in a “qualified” product is one of the most dangerous quality risks in production.

Ii. Prevention is Key: Furnace Charge Inspection and Control

Since residual elements are difficult to remove during melting, the most effective and economical control method is to implement strict inspection and screening of charge materials before they enter the furnace.

Charge Material Inspection Methods

Modern foundries rely on fast and accurate chemical analysis equipment to ensure the quality of their raw materials.

• Handheld X-Ray Fluorescence (XRF) Analyzer: This is the most common and convenient tool for inspecting scrap steel today. Operators can use it like a temperature gun to perform rapid, on-site analysis of different batches and forms of scrap, obtaining a general reading of alloy content and residual elements within seconds. It is crucial for the initial sorting, pricing, and inventory management of scrap.
• Optical Emission Spectrometry (OES): This is a more precise laboratory analysis method. Samples are typically taken from scrap before charging or from the melt during the process. The instrument uses an electric spark to excite the sample and analyzes its emitted light spectrum, providing a rapid and highly accurate measurement of dozens of elements, including P and S. This is the cornerstone for calculating charge recipes and controlling melt chemistry.

Establishing Control Standards for Residual Elements

Pabrik pengecoran harus menetapkan standar penerimaan internal untuk baja bekas berdasarkan kualitas dan spesifikasi coran yang mereka hasilkan. Contohnya, standar untuk komponen penahan tekanan kritis atau coran yang digunakan dalam layanan suhu rendah memiliki batasan yang sangat ketat pada elemen sisa seperti P, S, Cr, dan Ni.

Catatan: Tabel ini mencantumkan nilai maksimum yang diperbolehkan per standar. Dalam praktiknya, untuk memastikan kinerja yang stabil dan margin keamanan, batas pengendalian internal sering kali ditetapkan lebih ketat daripada yang disyaratkan standar.

AKU AKU AKU. Kontrol Presisi: Metode Perhitungan Pengenceran

Ketika sebagian dari sisa yang tersedia mempunyai kandungan unsur sisa yang tinggi tetapi harus digunakan, satu-satunya solusi adalah dengan “mencairkan” dengan mencampurkannya dengan bahan perawan seperti pig iron, pengembalian internal (pengecoran kembali), atau skrap berkualitas tinggi dengan kandungan sisa rendah. Hal ini dicapai melalui cara yang lugas Perhitungan Neraca Massa.

Prinsip: Massa total suatu unsur dalam logam cair akhir sama dengan jumlah massa unsur tersebut dari semua bahan bermuatan (mengabaikan pembakaran).

Rumus:

Final × Final = (L1×C1) + (L2×C2) + ⋯ + (Wn×Cn)

Di mana:

• Wfinal adalah berat total logam cair akhir.
• Cfinal adalah persentase target konsentrasi unsur dalam lelehan akhir.
• W1,W2,…,Wn adalah berat bahan muatan yang berbeda (Memo A, Memo B, Besi kasar, dll.).
• C1,C2,…,Cn adalah persentase konsentrasi unsur dalam bahan muatan yang sesuai.

【Contoh Perhitungan Praktis】

Sebuah pengecoran perlu melelehkan a 1000 kg panas baja dan bertujuan untuk menjaga fosfor akhir (P) konten di atau di bawahnya 0.035%.

Bahan Pengisian yang Tersedia:

1. Besi kasar: Berat badan harus ditentukan (WPI), dengan kandungan P yang sangat rendah 0.010%.
2. Kembali: 300 kg (Wr), dengan kandungan P terukur sebesar 0.030%.
3. Memo yang Dibeli: Berat badan harus ditentukan (WS), dengan kandungan P terukur yang tinggi 0.050%.

Langkah Perhitungan:

Melangkah 1: Tentukan Hubungan Berat Total Berat totalnya adalah 1000 kg, Jadi:

WPI + Wr + WS = 1000 kg

WR=300kg, Kemudian:

WPI+WS=700 kg ⇒ WPI=700−WS

Melangkah 2: Terapkan Rumus Keseimbangan Massa untuk Fosfor Konten P targetnya adalah 0.035%. Gantikan nilai-nilai tersebut ke dalam rumus:

1000×0,035%=(WPI×0,010%)+(300×0,030%)+(WS×0,050%)

Melangkah 3: Selesaikan Persamaannya Untuk menyederhanakan, kita dapat menghapus tanda persentase untuk perhitungan:

1000×0,035=(WPI×0,010)+(300×0,030)+(WS×0,050)

35=0,010⋅WPI+9+0,050⋅WS

26=0,010⋅WPI+0,050⋅WS

Sekarang, gantikan hubungan dari Langkah 1, WPI=700−WS:

26=0,010×(700−WS)+0.050⋅WS

26=7−0,010⋅WS+0,050⋅WS

19=0,040⋅WS

WS =19 / 0.040 = 475 kg

Melangkah 4: Tentukan Resep Pengisian Akhir

• Memo yang Dibeli (WS): 475 kg
• Besi kasar (WPI): WPI=700−475=225kg
• Kembali (Wr): 300 kg

Kesimpulan: Untuk memastikan kandungan fosfor akhir baja tidak melebihi 0.035%, biaya tungku harus terdiri dari 225 kg Besi Babi, 300 kg Pengembalian, Dan 475 kg potongan yang dibeli dengan 0.050% P.

Cara ini dapat digunakan untuk check and balance S, Cr, Di dalam, dan elemen sisa penting lainnya, memungkinkan terciptanya resep pengisian daya optimal yang ekonomis dan memenuhi semua persyaratan kualitas.

Iv. Kesimpulan

Itu “musuh yang tidak terlihat” berbahaya karena tersembunyi. Efek turun-temurun dari elemen sisa pada kinerja pengecoran merupakan bahaya yang nyata dan nyata, dan mengabaikannya dapat menyebabkan kegagalan kualitas yang parah dan kerugian finansial. Pabrik pengecoran modern harus membangun sistem kendali komprehensif yang mencakup penerimaan baja bekas hingga penghitungan muatan akhir:

• Lengan Diri Anda dengan Visi: Memanfaatkan peralatan canggih seperti penganalisis XRF dan OES genggam untuk mencapai identifikasi kimia material muatan dengan cepat dan akurat.
• Tentukan Batasan yang Jelas: Berdasarkan standar produk dan kebutuhan pelanggan, menetapkan batas pengendalian internal yang ketat untuk elemen sisa.
• Hitung Secara Ilmiah: Kuasai penggunaan prinsip keseimbangan massa untuk perhitungan pengenceran muatan guna memastikan komposisi kimia setiap panas dikontrol secara tepat.

Hanya dengan mengintegrasikan kewaspadaan terhadap hal tersebut “musuh yang tidak terlihat” ke dalam manajemen produksi sehari-hari dan praktik teknis dapatkah pengecoran mencapai konsistensi dan keandalan sejati dalam kualitas pengecoran, mendapatkan kepercayaan abadi di pasar.