عناصر زائد (مضر) از قبيل مس، نيکل، آرسنيک، سرب، قلع، آنتيموان، موليبدن کرم و غيره در فولاد عناصري هستند که به‌طور ناخواسته وارد ساختار آن مي‌شوند و به‌طور معمول براي زدودن آنها از فولاد نياز به فرآيند‌هاي متالورژيکي چند مرحله‌اي داريم. وجود عناصر زائد در فولاد مي‌تواند تاثيرات مهمي بر خواص مکانيکي آن بگذارد.
بنابراين روشن است که ما نياز به شناسايي و تعيين کيفي تاثيرات عناصر زائد در فولاد داريم تا اين تاثيرات در محدوده مجاز باقي بمانند.
عناصر زائد يا حداقل برخي از آنها داراي تاثيراتي بر روي شرايط و روش عملکردي فرآيندهايي از قبيل آنيل کامل دارند و تاثير اين عناصر بر روي تمامي خواص مکانيکي محتمل است.
بايد تفاوت آشکاري بين عناصر زائدي كه به‌دليل وجود آنها در محلول جامد مانند MO,Cr,Ni و Cu تاثيرگذارند و عناصري مانند Sn، As و Sb که داراي تاثيراتي همانند ايجاد جدايش در فصل مشترک هستند (سطحي و مرزدانه‌اي) قائل شويم.
هيدروژن:
گاز هيدروژن نيز به‌عنوان يک عنصر زائد در فولاد شناخته مي‌شود و مي‌تواند بسيار مضر باشد. هيدروژن قابليت حل شدن در فولاد مذاب را دارد و در فاز آستنيت نيز تا حدي حل مي‌شود. اين گاز در فاز فريت تا حد زيادي غيرقابل حل است و به‌صورت هيدروژن اتمي (+H) از آن خارج مي‌شود. به‌طور معمول اگر -H در ورق‌هاي ضخيم، چكش‌كاري سنگين، خطوط آهن و غيره محبوس شود، هيدروژن بر روي سطح توده‌هاي سولفيد منگنز، تجمع مي‌کند. هنگامي که اين تجمعات گاز هيدروژن بر روي سطوح تغيير مکان مي‌دهند مولکول هيدروژن (H2) مي‌تواند تشکيل شود و فشار ناشي از تشکيل آن براي ايجاد ترک‌هاي داخلي کافي است و از اين رو موجب معيوب شدن قطعات مي‌شوند.
در زير به برخي از تاثيرات محتمل متالورژيکي ناشي از عناصر زائد بر روي شرايط عملکردي و خواص محصولات فولادي اشاره مي‌کنيم.
برخي از تاثيرات احتمالي عناصر زائد به شرح ذيل هستند:
1. شرايط عملکردي از جمله:
- وجود عناصري از قبيل : Mo,Cr,Sn مي‌تواند بر روي تبلور مجدد و نيروهاي نورد در فرآيند نورد گرم تاثيرگذار باشد.
- وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد مي‌تواند بر استحاله فازي آستنيت به فرريت و نيز سختي‌پذيري آن موثر باشد.
- وجود عناصري همانند Zn و Sn مي‌تواند بر روي چکش خواري گرم در طول فرآيند شکل‌دهي گرم تاثيرگذار باشد.
- عناصر Mo,Cr,Sn بر روي تبلور مجدد در طي فرآيند آنيلينگ موثر هستند.
2. تاثير بر روي سطح ظاهري محصولات نورد گرم و ورق اسيدشويي شده به دليل وجود عناصر Cu,Ni,As,Sn.
ناشي از شکنندگي حرارتي
- ناشي از احتمال تاثير مشترک مس و قلع در شکنندگي حرارتي فولاد
3. شکنندگي مرزدانه‌ها به واسطه وجود عناصر Sb,Sn,As در طي فرآيند نورد تسمه
- در طي فرآيند ناپيوسته (batch) يا آنيل هم دما (continuous Anealing)فولادهاي کربن يا فولادهاي سخت (C Steels)
4. پديده جدايش فصل مشترک رسوب زمينه به واسطه وجود Sn
- رشد کامل Ostwald، رشد رسوبي و کنترل ترکيب
- تاثيرات Sn بر Fe4N، Sn بر MnS و Sb بر TiC
5. وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد بر روي خواص مکانيکي محصول نهايي تاثير گذار خواهد بود.
- محصولات تخت نورد گرم و نورد سرد
- محصولات تخت
- محصولات طويل
6. پوشش‌دهي با فرايند غوطه‌‌وري گرم يا فرآيند گالوانيزه کردن
7. تاثير بر روي قابليت جوش‌پذيري فولادهاي استحکام بالا ناشي از وجود عناصرMO,Cr,Cu,Ni
عناصر زائد از ناخالصي‌هاي موجود در زغال کک، گدازنده قراضه‌ها و اين قبيل مواد كه وارد فولاد مي‌شوند به همين دليل قراضه آهن همواره به‌عنوان يکي از منابع اصلي عناصر زائد مطرح شده است.
عناصر زائد رايج موجود در فولاد مس، نيکل، کرم و موليبدن هستند. حدود قابل قبول براي عناصر زائد در فولاد وابستگي زيادي به كاربرد محصول دارد.
مشکل اساسي در فرآيند بازيابي فولاد، کنترل مراحل ناخواسته عناصر موجود يا عناصر زائد از نظر تضمين خالص بودن فولاد در کنار کارايي آن است. امروزه اکثر فولادهايي که مورد استفاده قرار مي‌گيرند از نوع فولادهاي کم کربن يا کم آلياژ و انواع فولادهاي تحت عمليات كششي شديد (Extra Deep Drawing) هستند. خواص اين فولادها نسبت به مقدار عناصر زائد و فرآوري ترمومکانيکي بسيار حساس است.
از آنجايي که محصولات تخت و آرماتورها بسيار مورد اهميت هستند، در جدول شماره يك مقادير نمونه برخي از عناصر زائد موجود در فولاد براي خط توليد يک کوره قوس الکتريکي بر حسب درصد وزني نشان داده شده است. اگرچه تاثيرات عناصر زائد بر روي خواص فولاد ممکن است به‌طور کلي ناچيز به نظر برسد اما برخي اوقات حتي تغييرات جزئي در برخي خواص مي‌تواند به‌طور قابل‌توجهي احتمال معيوب بودن قطعه با نيازهاي خاص را افزايش دهد.
برخي از توافقات کلي درباره تاثيرات عناصر زائد از قبيل Cu, Ni, Cr Mo, Sn و Sb در خواص فولادهاي گوناگون در جدول شماره 2 داده شده است.
از جمله مکانيزم‌هاي تقويت فولاد شامل: تقويت محلول جامد، ريزدانه کردن، رسوب دهي، مقدار پرليت، از بين بردن جابه‌جايي‌ها با فرآيند کار سرد و در نهايت استحاله‌هاي بينيتي و مارتنزيتي، هستند.
اثر عناصر زائد بر روي خواص کششي فولاد به واسطه تقويت محلول جامد است. وجود عناصر زائد در غلظت کم سبب افزايش استحکام کششي و تسليم مي‌شود که اين امر به اين دليل است که محلول جامد مي‌تواند بخشي از غلظت محلول بگيرد.
برخي از مقادير در رابطه با افزايش استحکام در عناصر زائد مختلف در جدول شماره 3 آمده است.
مترجم: کمال‌الدين غفوري
منبع:
