یکی از مشکلاتی که در محصولات فولادی و روند تولید آنها پدیدار می‌شود، حضور عناصر مضر در فولاد است. برای آن که این عناصر در یک محدوده مجاز بمانند و فراتر نروند، ما نیازمند آن هستیم که عناصر مضر فولاد را شناسایی کنیم و تاثیر آنها در فولاد را شناسایی کنیم. از جمله عناصر مضر برای فولادها مس، نیكل، آرسنیک، سرب، قلع، آنتیموان، مولیبدن كرم و غیره می‌باشند.
این عناصر زائد به طور ناخواسته به فولادها راه پیدا می‌کنند و برای حذف آنها باید چندین مرحله فرآیند‌های متالورژیكی را پشت سر بگذاریم. عناصر زائد یا حداقل برخی از آنها دارای تاثیراتی بر روی شرایط و روش عملكردی فرآیندهایی از قبیل آنیل كردن هستند و تاثیر این عناصر بر روی تمامی خواص مكانیكی محتمل است.
هیدروژن نمونه‌ای از عناصر زائد در فولادها
گاز هیدروژن به عنوان یک عنصر زائد در فولاد شناخته می‌شود و می‌تواند بسیار مضر باشد. هیدروژن قابلیت حل شدن در فولاد مذاب را دارد و در فاز آستنیت نیز تا حدی حل می‌شود. این گاز در فاز فریت تا حد زیادی غیرقابل حل است و به صورت هیدروژن اتمی (+H) از آن خارج می‌شود. به طور معمول اگر (-H) در ورق‌های ضخیم، چكش‌كاری سنگین، خطوط آهن و غیره محبوس شود، هیدروژن بر روی سطح توده‌های سولفید و منگنز تجمع می‌كند.
هنگامی كه این تجمعات گاز هیدروژن بر روی سطوح تغییر مكان می‌دهند، مولكول هیدروژن (H2) می‌تواند تشكیل شود و فشار ناشی از تشكیل آن برای ایجاد ترک‌های داخلی كافی است و از این رو موجب معیوب شدن قطعات می‌شوند. در زیر به برخی از تاثیرات محتمل متالورژیكی ناشی از عناصر زائد بر روی شرایط عملكردی و خواص محصولات فولادی اشاره می‌كنیم.
برخی از تاثیرات احتمالی عناصر زائد به شرح ذیل هستند
1. شرایط عملکردی از جمله:
- وجود عناصری از قبیل Sn ،Cr ،Mo می‌تواند بر روی تبلور مجدد و نیروهای نورد در فرآیند نورد گرم تاثیرگذار باشد.
- وجود هرگونه عناصر مضر در فولاد می‌تواند بر استحاله فازی آستنیت به فرریت و نیز سختی‌پذیری آن موثر باشد.
- وجود عناصری همانند Zn و Sn می‌تواند بر روی چكش خواری گرم در طول فرآیند شكل‌دهی گرم تاثیرگذار باشد.
- عناصر Sn ،Cr ،Mo بر روی بر روی تبلور مجدد در طی فرآیند آنیلینگ موثر هستند.
2. تاثیر بر روی سطح ظاهری محصولات نورد گرم و ورق اسیدشویی شده به دلیل وجود عناصر Sn ،As ،Ni ،Cu.
- ناشی از احتمال تاثیر مشترک مس و قلع در شکنندگی حرارتی فولاد.
3. شکنندگی مرزدانه‌ها به واسطه‌ی وجود عناصر As ،Sn ،Sb در طی فرآیند نورد تسمه
- در طی فرآیند ناپیوسته (batch) یا آنیل هم دما (continuous Anealing) فولادهای كربن یا فولادهای سخت (C Steels)
4. پدیده جدایش فصل مشترک رسوب زمینه به واسطه‌ی وجود Sn
- رشد کامل Ostwald، رشد رسوبی و کنترل ترکیب
- تاثیرات Sn بر Sn ،Fe4N بر MnS و Sb بر Tic
5. وجود هرگونه عناصر مضر در فولاد بر روی خواص مكانیكی محصول نهایی تاثیر گذار خواهد بود.
- محصولات تحت نورد گرم و نورد سرد
- محصولات طویل
6. پوشش‌دهی با فرآیند غوطه‌وری گرم یا فرآیند گالوانیزه کردن
7. تاثیر بر روی قابلیت جوش‌پذیری فولادهای استحکام بالا ناشی از وجود عناصر Ni ،Cu ،Cr ،Mo
نحوه ورود عناصر مضر در فولاد ها
عناصر مضر در فولاد از ناخالصی‌های موجود در زغال سنگ، گدازنده قراضه‌ها و این قبیل مواد وارد فولاد می‌شوند. به همین دلیل قراضه آهن همواره به‌عنوان یكی از منابع اصلی عناصر زائد مطرح شده‌است. عناصر زائد رایج موجود در فولاد عبارت‌اند از مس، نیكل، كرم و مولیبدن. حدود قابل قبول برای عناصر زائد در فولاد وابستگی زیادی به كاربرد محصول دارد.
امروزه اكثر فولادهایی كه مورد استفاده قرار می‌گیرند از نوع فولادهای کم کربن یا كم آلیاژ و انواع فولادهای تحت عملیات كششی شدید (Extra Deep Drawing) هستند. خواص این فولادها نسبت به مقدار عناصر زائد و فرآوری ترمومكانیكی بسیار حساس است. یکی از اساسی‌ترین مشکل‌هایی که در فرآیند بازیابی فولاد وجود دارد، كنترل مراحل ناخواسته عناصر موجود یا عناصر زائد از نظر تضمین خالص بودن فولاد در كنار كارایی آن است.
اگرچه تاثیرات عناصر زائد بر روی خواص فولاد ممكن است به‌طور كلی ناچیز به نظر برسد اما برخی اوقات حتی تغییرات جزئی در برخی خواص می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی احتمال معیوب بودن قطعه با نیازهای خاص را افزایش دهد.
از جمله مكانیزم‌های تقویت فولاد شامل: تقویت محلول جامد، ریزدانه كردن، رسوب‌دهی، مقدار پرلیت، از بین بردن جابه‌جایی‌ها با فرآیند كار سرد و در نهایت استحاله‌های بینیتی و مارتنزیتی هستند. اثرعناصر زائد بر روی خواص كششی فولاد به واسطه تقویت محلول جامد است. وجود عناصر زائد در غلظت كم سبب افزایش استحكام كششی و تسلیم می‌شود كه این امر به این دلیل است كه محلول جامد می‌تواند بخشی از غلظت محلول بگیرد.
