В сталеплавильном производстве фосфор (P) является важным элементом, который может оказывать как вредное, так и полезное воздействие. Понимание его роли в стали имеет решающее значение для металлургии и обеспечения эксплуатационных характеристик различных марок стали.
Вредное воздействие фосфора в стали
Для большинства марок стали фосфор считается нежелательной примесью, главным образом потому, что он вызывает хладноломкость.
- Механизм хладноломкости: фосфор полностью растворяется в феррите и имеет тенденцию к сегрегации по границам зерен при кристаллизации. Это приводит к образованию хрупких слоёв Fe₂P, которые резко снижают пластичность и ударную вязкость стали. Эта проблема особенно остро стоит при низких температурах.
- Влияние стихии: более высокие уровни углерода, кислорода и азота в стали могут усилить вредное воздействие фосфора.
- Влияние на процесс: Фосфор снижает свариваемость и гибку стали в холодном состоянии. При производстве стали в современных сверхмощных дуговых сталеплавильных печах содержание фосфора обычно поддерживается на уровне ниже 0,020%.
Благотворное влияние фосфора на сталь
Хотя фосфор в целом вреден, при его контроле и преднамеренном использовании он может улучшить некоторые свойства стали:
- Увеличивает прочность и твердость
- Фосфор обеспечивает упрочнение твердого раствора, уступая только углероду.
- В низкоуглеродистой белой стали содержание фосфора иногда поддерживается на уровне около 0,08%.
- Улучшает стойкость к коррозии
- В атмосферостойкой стали содержание фосфора контролируется в диапазоне 0,08–0,13%, что повышает стойкость к атмосферной коррозии.
- Редкоземельные элементы часто добавляются для минимизации хрупкости, вызванной фосфором.
- Улучшает обрабатываемость
- Фосфор улучшает режущие свойства. Автоматные стали часто содержат около 0,09% фосфора.
- Улучшает текучесть расплавленной стали
- При литье стали более высокое содержание фосфора может повысить текучесть расплавленной стали, что приводит к улучшению качества литья.
- Специальные приложения
- В некоторых военных изделиях, например, в снарядной стали, фосфор намеренно добавляют для повышения хладноломкости, тем самым улучшая разрушительную силу.
Формы фосфора в стали
- Термодинамические исследования показывают, что фосфор в стали в основном находится в форме Fe₂P.
- Однако в большинстве легированных сталей, где уровень фосфора составляет около 0,04%, он обычно остается в дисперсном состоянии, а не образует значительную фазу Fe₂P.
- В результате фосфор обычно рассматривается как вредный элемент в стали и находит полезное применение только в некоторых специализированных марках стали.
