Марганец

Фосфор

Сера

Рис. 64. Диаграмма состояний системы Fe–S Рис. 65. Влияние серы на свойства стали

При комнатной температуре растворимость серы в a-железе практически отсутствует. Поэтому вся сера в стали связана в сульфиды железа и марганца и частично в сульфиды легирующих элементов. С повышением температуры сера растворяется в a- и g-железе (рис.64), хотя и незначительно, но до вполне определенных концентраций (0,02 % в a -железа при 913 ° С и 0,05 % S в g-железе при 1365 ° С). Поэтому ceрнистые включения могут видоизменяться при термической обработке стали.

Сульфиды пластичны при высоких и комнатных температурах, поэтому они при прокатке вытягиваются в “волосовины” или плёны в зависимости от формы проката. Но их пограничная прочность с металлом ниже, чем металла. Это приводит к тому, что в процессе деформации листовой заготовки происходит расслоение и трещина выходит на поверхность. Характерным признаком расслоений, вызванных повышенным содержанием серы, является форма трещины, которая напоминает параболу.

Стали, содержащие сульфиды, обладают низкой коррозионной стойкостью во влажной среде.

Увеличение содержания серы в стали мало влияет на прочностные свойства, но существенно изменяет вязкость стали и ее анизотропию в направлениях поперек и вдоль прокатки (рис. 65). Особенно сильно анизотропия выражена

при вы­соком содержании серы. Ударная вязкость испытывается на об­разцах,

вырезанных поперек направления прокатки. Именно такие образцы испытывают при контроле ударной вязкости. Указанное явление связано с усилением полосчатости перлитной и ферритно-перлитной структуры вследствие вытянутости сульфидов в строчки вдоль прокатки.

Фосфор переходит в сталь из шихтовых материалов. Растворимость фосфора в a - и g-железе значительно выше, чем содержание фосфора в стали, как примеси. Поэтому фосфор в стали целиком находится в твердом растворе, и его

Рис. 66. Влияние фосфора на температуру хрупко-вязкого перехода стали

влияние на свойства сказывается посредством измене­ния свойств феррита и аустенита. Вредное действие фосфо­ра на свойства может усугубляться из-за сильной склонно­сти его к ликвации на границах зерен.

Действие фосфора на свойства феррита проявляется в его упрочняющем влиянии и, особенно в усилении хладно­ломкости стали, т. е. повышении температуры перехода из вязкого в хрупкое состояние (рис.66).

На рис. 67 приведена диаграмма состояний системы Fe – P.

Рис. 67. Диаграмма состояний Fe – P

Фосфор относится к сильным упрочнителям. Несмотря на то, что содержание его в стали обычно не превышает 0,030 – 0,040 %, он увеличивает предел текучести феррита на 20 – 30 МПа. В то же время увеличение содержания фосфора в пределах сотых долей процентов может вызвать увеличение порога

хлад­ноломкости на несколько десятков градусов. Неблагоприятное влияние фосфора усугубляется тем, что он имеет высокую ликвационную способность к границам зерен. Концентрация фосфора по границам a-железе может превосходить в десятки раз его среднюю концентрацию в стали.

Кроме того, фосфор в стали вызывает обратимую отпускную хрупкость. По этим причинам он почти всегда является нежелательной примесью.

Проблема удаления фосфора из стали заключается в том, что его отрицательное влияние сильно сказывается уже при очень малых концентрациях. Так, при увеличении концентрации на 0,010 %, температура хрупко-вязкого перехода повышается на ~ 40 ° С. Снижение его содержания на сотые доли процента требует больших затрат.

Марганец вводят в сталь с целью удаления кислорода в процессе выплавки согласно реакции:

FeO + Mn MnO + Fe.

При этом марганец устраняет вредные оксиды железа, выводя кислород в шлак. Марганец так же ликвидирует вредное влияние сульфидов железа, переводя их в пластичные сульфиды марганца, не образующие легкоплавкой эвтектики. Его содержание в стали в большинстве случаев допускается до 0,8 %.

Однако большое содержание сульфидов марганца в стали может привести к разрушению листового материала при высоких степенях пластической деформации. Поэтому, если требуется сталь с высокой пластичностью, то кислород из стали удаляют другими методами, например, электрошлаковым переплавом, что значительно повышает стоимость стали.