Влияние постоянных примесей на свойства стали

К постоянным примесям относят Mn, Si, S, P и газы (водород, кислород, азот). Марганец и кремний – полезные примеси, а S, Р и газы – вредные.

Марганец. Если Mn в стали содержится до 0,8%, то он считается примесью, а свыше 0,8% - легирующим элементом. Марганец в сталь может попадать из исходного материала – передельного доменного чугуна и, в основном, при раскислении стали ферромарганцем. Марганец хорошо растворяется в феррите и цементите (Fe, Mn)₃С, при этом прочность, твердость и упругость стали несколько повышаются, а пластичность уменьшается. Марганец устраняет также вредные сернистые соединения железа, которые вызывают красноломкость.

Красноломкость-снижение свойств сплавов с повышением температуры.

Кремний. В качестве примеси – до 0,5% попадает в сталь теми же путями, что и марганец. Кремний полностью растворяется в феррите, делая его более упругим и прочным, но менее пластичным.

Фосфор.Допускается не более 0,05-0,07% Р. Попадает в сталь из исходного передельного чугуна. При повышенных температурах фосфор растворяется в феррите до 1 и более %, а с понижением температуры растворимость падает до 0,02-0,03%, но фосфор из раствора не выделяется из-за низкой диффузионной подвижности. В феррите фосфор распределяется неравномерно, скапливаясь около границ зерен, сильно искажая решетку феррита, вызывая снижение ударной вязкости и повышая порог хладноломкости. Таким образом, фосфор делает сталь хрупкой при комнатной и более низких температурах, т.е. вызывает хладноломкость стали.

Сера. Допускается в стали 004-0,05%. Попадает из передельного доменного чугуна, а также из печных газов при выплавке. Сера нерастворима в феррите, находится в стали только в виде химического соединения FeS, которое входит в состав сернистой эвтектики (Fe+FeS). Эта эвтектика хрупкая и легкоплавкая (t_пл=988⁰С). При температурах горячей обработки давлением (красного каления) эта эвтектика расплавляется, и при обработке давлением в стали образуются трещины, надрывы. Таким образом, сера в стали вызывает явление красноломкости.

Введение Mn в сталь уменьшает вредное действие серы: FeS+Mn→Fe+MnS. Сульфид марганца плавится при 1620⁰С и эвтектики не образует. При обработке давлением сульфид марганца вытягивается вдоль направления проката и металл становится анизотропным: свойства сильно различаются поперек и вдоль проката.

Фосфор и особенно сера облегчает обрабатываемость резанием, делая стружку сыпучей. Это позволяет такие стали обрабатывать на станках-автоматах (автоматные стали для неответственных деталей).

Газы. Ухудшают механические свойства, особенно вязкость, т.к. газы чаще всего образуют хрупкие неметаллические включения (оксиды, нитриды), а также растворяются в феррите, повышая порог хладноломкости стали.