Как примеси влияют на качество стали

В процессе производства стали применяют различные примеси. Легирование помогает улучшить технические характеристики сплава или усилить имеющиеся свойства. Например, добавление в обычную сталь хрома в количестве не менее 12% повышает антикоррозионные способности металла. Такой сплав мы называем нержавеющим. В зависимости от содержания различных добавок он, помимо стойкости к появлению ржавчины, может обладать впечатляющим набором достоинств и потрясающих эксплуатационных характеристик. Хотя цена нержавейки выше, чем у обычных углеродистых сталей, ее широко применяют практически во всех отраслях промышленности, строительстве, архитектуре, дизайне и бытовой сфере. Но не все примеси одинаково полезны. Некоторые могут, наоборот, ухудшить качество стали, или никак не повлиять на него. Давайте подробнее узнаем о влиянии примесей на технические характеристики сплава железа с углеродом.

Сталь — это не просто железо

Для начала еще раз напомним, что сталь представляет собой сплав железа с углеродом. При этом в его состав входят и другие химические элементы и соединения. Чтобы назвать сплав стальным, в нем должно содержаться минимум 45% железа, а доля углерода составлять 0,02–2,14%. Если углерода добавить в количестве, большем чем 2,14%, то сплав «превратится» в чугун.

Высокоуглеродистые стали имеют процентное содержание углерода от 0,6% до 2,14%. Благодаря наличию такого химического элемента в указанном диапазоне сплав становится более прочным и твердым, но при этом менее пластичным и вязким. Помимо железа и углерода в стали обязательно присутствуют различные добавки и примеси.

Примесь примеси рознь

Мы уже выяснили, что добавление хрома в процентном соотношении не менее 13% позволяет получить нержавеющую сталь. Ее антикоррозионные свойства появляются благодаря образованию на поверхности металла оксида хрома — защитной пленки, препятствующей возникновению и распространению ржавчины. Для эксплуатации нержавейки в условиях воздействия агрессивных сред, необходимо повысить процентное содержание этого химического элемента до 17%. А если в нержавеющий сплав добавить никель, молибден, медь, кремний, то это поможет противостоять сильным кислотам. Титан повышает прочность стали, а легирование молибденом и вольфрамом делает нержавейку жаропрочной.

Но некоторые химические элементы в составе стального сплава могут ухудшить ее качество. Давайте посмотрим, как влияют на физико-химические и механические характеристики материала различные добавки:

  • Сера оказывает отрицательное влияние на свойства сплава. Сталь становится менее прочной и пластичной, ослабляется ее стойкость к коррозии, снижается способность противостоять износу. Вред серы состоит в том, что она вступает в химическую реакцию с железом, образуя соединение FeS. Его называют сернистым железом. Наличие FeS ухудшает твердость стали, когда ее обрабатывают компрессионным способом с одновременным нагревом. В результате материал приобретает излишнюю ломкость, в нем образуются трещины.

  • Фосфор тоже не полезен для стали. Присутствие такой примеси делает сплав излишне ломким при понижении температуры. С другой стороны, марки стали с повышенным содержанием фосфора нашли свое применение при изготовлении металлических изделий, которые с легкостью можно обработать с помощью резки на токарных полуавтоматических станках (например, крепежных средств).

  • Кремний и марганец в небольших количествах (0,5–0,7 %) существенно не изменяют характеристик сплава. Однако их используют для раскисления стали. Марганец соединяется с серой, что не дает образовываться сернистому железу. С увеличением процентного содержания марганца увеличиваются износостойкость и твердость сплава. Повышенная доля кремния улучшает упругость, антикоррозионные и некоторые другие свойства материала.