1. Zakaj je treba vsebnost fosforja (P) strogo nadzorovati? Kakšne resne posledice bo povzročilo?
Mehanizem: Atomi fosforja imajo močan učinek krepitve trdne raztopine v jeklu, kar bistveno izboljša njegovo trdnost. Vendar pa se močno ločijo na mejah zrn, kar zmanjša energijo vezave na mejah zrn in povzroči močno zmanjšanje plastičnosti in žilavosti jekla.
Posebne manifestacije: To zmanjšanje žilavosti je še posebej izrazito pri nizkih temperaturah, zaradi česar je jeklo krhko in nagnjeno k krhkemu lomu, pojav, znan kot "hladna krhkost".
Vpliv na žigosanje: Pri delih, ki zahtevajo hladno žigosanje, prisotnost fosforja bistveno zmanjša hladno obdelovalnost materiala. Ker žigosanje zahteva dobro sposobnost plastične deformacije, so deli zaradi krhkosti, ki jo povzroča fosfor, bolj nagnjeni k pokanju med deformacijo, zlasti pri nizkih temperaturah ali na kompleksnih območjih deformacije.
Kvantitativni učinek: Študije kažejo, da pri običajnem nizko{0}}ogljičnem jeklu, ko vsebnost fosforja preseže 0,15 %, začne raztezek (indeks plastičnosti) materiala močno upadati. Zato je vsebnost fosforja v hladno valjanih zvitkih, ki se uporabljajo za globoko vlečenje, običajno strogo omejena na manj kot 0,035 %.
2. Zakaj mora biti vsebnost žvepla (S) strogo nadzorovana? Kakšne resne posledice bo povzročilo?
Mehanizem: Žveplo je skoraj netopno v jeklu, vendar se združi z železom in tvori železov sulfid (FeS). FeS in železo tvorita evtektično strukturo z nizkim -tališčem- (približno 985 stopinj).
Posebne manifestacije: vroče delovne temperature (kot je vroče valjanje in kovanje) jekla so običajno nad 1150 ~ 1200 stopinj. Ko se jeklo segreje na to temperaturno območje, se nizko{3}}tališče-FeS, porazdeljeno na mejah zrn, najprej stopi, kar prekine vezno silo med zrni, kar povzroči, da jeklo med obdelavo poči; to je znano kot "vroča krhkost".
Vpliv na žigosanje: čeprav postopek hladnega valjanja sam po sebi ne vključuje visokih temperatur, so vroče{0}}koloti surovina za hladno valjanje. Če se v vroče{2}}valjanem zvitku razvijejo mikrorazpoke zaradi visoke vsebnosti žvepla, se bodo te napake razširile in povečale med hladnim valjanjem, kar bo na koncu privedlo do poroznosti, luščenja ali razpok zaradi žigosanja v končnem hladno valjanem izdelku.
3. Kakšno škodo povzroča prisotnost fosforja in žvepla notranji kakovosti hladno valjanih kolutov?
Žveplo povzroča napake pri razslojevanju: To je ena najpogostejših nevarnosti, ki jih povzroča žveplo. Žveplo v jeklu obstaja kot sulfidi (kot je MnS) in se med valjanjem razteza vzdolž smeri valjanja, pri čemer tvori trakaste ali lamelne strukture. Ti trakasti sulfidi prekinejo kontinuiteto kovinske matrice in delujejo kot plasti "diafragm", vdelanih v jeklo. Med nadaljnjo obdelavo ali pod obremenitvijo ti trakasti vključki zlahka počijo in tvorijo defekte delaminacije. Študije kažejo, da lahko zmanjšanje vsebnosti žvepla v jeklu pod 0,02 % učinkovito prepreči razslojevanje.
Fosfor povzroči razpoke zaradi napetostne korozije: Ločevanje fosforja na mejah zrn postane "aktivna pot" za širjenje razpok. Hkrati fosfor spodbuja anodni proces raztapljanja jekla v določenih korozivnih medijih (kot so raztopine nitratov), kar ovira tvorbo pasivacijskih filmov, s čimer znatno poveča dovzetnost jekla za napetostno korozijsko razpokanje.
4. Kakšne škodljive učinke imata fosfor in žveplo na kasnejšo obdelavo hladno{1}}valjanih zvitkov (kot sta varjenje in površinska obdelava)?
Poslabšanje varljivosti:
Fosfor: poveča nagnjenost kovine zvara k mrzli krhkosti, kar vodi do krhkega loma zvara med ohlajanjem ali delovanjem pri nizkih temperaturah.
Žveplo: Zmanjša duktilnost kovine zvara in jo naredi nagnjeno k vročim razpokam (razpokam zaradi strjevanja) med varjenjem, ker ločevanje žvepla zniža temperaturni razpon strjevanja kovine zvara, zaradi česar je bolj dovzetna za razpoke v poznejših fazah strjevanja.
Vpliv na kakovost površinske obdelave:
Tako žveplo kot fosfor sta zelo ločljiva elementa. Med toplotno obdelavo (kot je žarjenje) se lahko naberejo na površini jeklenih plošč. Te površinske usedline lahko resno vplivajo na kasnejše kemične obdelave, na primer povzročijo nenormalno kristalizacijo in slab oprijem fosfatiranega filma (običajna pred-spodnja prevleka), kar na koncu zmanjša celotno odpornost proti koroziji po nanosu.
5. Kakšni so nadzorni standardi za fosfor in žveplo v hladno valjanih zvitkih-? Visokokakovostni-hladno valjani-zvitki, ki se uporabljajo za žigosanje, imajo vsebnost fosforja in žvepla daleč pod zgornjo mejo za običajno jeklo. To je ravno zato, da se zagotovi, da ima material dobro plastičnost, žilavost in notranjo kakovost, da se izognemo usodnim napakam, kot so razpoke in razslojevanje med nadaljnjo obdelavo, kot je žigosanje.