Случайными примесями в сталях считают химические элементы в ней, которые не добавлялись специально в сталь, в том числе, косвенно, например, при раскислении стали, и которые нельзя удалить простыми металлургическими процессами. По-английски их называют «residual elements», что можно было бы перевести как «остаточные элементы».
К этим примесям не относят так называемые «постоянные» примеси – углерод, марганец, кремний, серу и фосфор. Содержание постоянных примесей обычно присутствует в любом сертификате качества на сталь. Содержание случайных примесей контролируют только для специальных сталей.
Случайные примеси в сталях
К случайным примесям в сталях в первую очередь относятся:
- медь;
- никель;
- мышьяк;
- свинец;
- олово;
- сурьма;
- молибден;
- хром.
Присутствие в стали этих примесных элементов может значительно влиять на их механические свойства. Поэтому понятно, что необходимо выявить и оценить влияние – неблагоприятное или полезное – этих примесей, чтобы держать их содержание в стали в приемлемых пределах.
Случайные примеси в стали – или, по крайней мере, некоторые из них – оказывают влияние на технологические процессы и режимы – от разливки стали до окончательного отжига, а также, возможно, на все их механические свойства.
Необходимо четко отделять те примеси, которые влияют на сталь потому что находятся в твердом ее растворе – это:
- молибден,
- хром,
- никель
и те из них, которые влияют через свою сегрегацию по различным границам, в первую очередь, по границам зерен – это:
- олово,
- мышьяк и
- сурьма.
Влияние случайных примесей на технологию
Ниже представлены возможные металлургические влияния различных примесей в стали на технологические процессы ее производства и конечные свойства стальных изделий.
- Молибден, хром и олово влияют на рекристаллизацию и усилия прокатки при производстве горячекатаных стальных лент.
- Все случайные примеси оказывают влияние на превращение аустенита в феррит и прокаливаемость стали.
- Цинк и олово снижают пластичность при горячей деформации.
- Молибден, хром и олово влияют на процесс рекристаллизации при отжиге стали.
- Медь, никель, мышьяк и олово неблагоприятно влияют на качество поверхности горячекатаной и травленой стальной полосы. Причина – усугубление явления красноломкости стали.
- Сурьма, олово и мышьяк способствуют охрупчиванию сталей по границам зерен. Особенно это касается смотки стальных лент, а также отжига низкоуглеродистых сталей.
Все случайные примеси в стали отрицательно влияют на механические свойства листовой стальной продукции – лент, листов, плит.
Случайные примеси в стали могут оказывать неблагоприятное влияние на процессы нанесения металлических покрытий – горячих и электролитических.
- Молибден, хром, медь и никель отрицательно влияют на свариваемость быстрорежущих сталей.
Стальном лом – источник случайных примесей в стали
Случайные примеси попадают в сталь с примесями руды, кокса, флюсов и стального лома. Стальной лом считается самым главным источником таких примесей. Наиболее часто встречаются следующие примеси: медь, никель, хром, молибден и олово. Приемлемые пределы содержания этих примесей в стали зависят главным образом от требований к изделиям, на изготовление которых идет данная сталь.
Основной проблемой переплавки стального лома является именно контроль уровня нежелательных элементов – примесных элементов, чтобы обеспечивать необходимую чистоту стали, которая требуется производителями стальных изделий. В настоящее время большинство сталей составляют низкоуглеродистые и низколегированные стали и стали для сверхглубокой вытяжки. Свойства этих сталей очень чувствительны к содержанию примесей. Поэтому в листовом прокате из таких сталей содержание меди и никеля ограничено 0,2 %; хрома – 0,1 %; молибдена и олова – 0,03 %.
Влияние случайных примесей на свойства стали
Хотя влияние случайных примесей на свойства может быть весьма незначительным, иногда даже малое изменение в некоторых свойствах может значительно повлиять на уровень брака стальных изделий с особыми требованиями. Общепринято, что увеличение содержания примесей в стали влияет на различные свойства сталей следующим образом.
- Прочность и твердость стали повышается с увеличением содержания меди, никеля, молибдена олова и сурьма. Хром по-разному влияет на стали: в одних случаях повышает ее, а в других снижает.
- Пластичность стали однозначно снижается с увеличением содержания меди, молибдена и олова. Никель и хром могут по-разному влиять на пластические свойства стали.
- Степень деформационного упрочнения стали снижается с увеличением содержания всех примесей.
- Ударная вязкость стали повышается с увеличением содержания меди и никеля, снижается с увеличением содержания молибдена и олова.
- Прокаливаемость стали повышается с увеличением содержания меди, никеля и хрома. Другие примеси или не оказывают влияния на прокаливаемость, или оказывают на нее слабое влияние.
- Свариваемость сталей снижается с увеличением содержания всех примесей.
- Коррозионная стойкость сталей повышается с увеличением содержания меди, никеля, хрома и олова.
- Повышение содержания в стали олова и сурьмы приводит к усугублению отпускной хрупкости стали.