Примеси в стали: случайные

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.

Источник: www.totalmateria.com