
硫是一种在钢中常见的杂质,主要来源于生铁和燃料。在固态下,硫在铁中的溶解度极低,通常以FeS的形式存在。由于FeS的塑性较差,使得含有较高硫的钢材脆性较大。更严重的是,FeS与Fe可以形成低熔点(985℃)的共晶体,分布在奥氏体晶界上。当钢材加热至约1200℃进行热压力加工时,晶界上的共晶体已经熔化,晶粒间的结合被破坏,导致钢材在加工过程中沿晶界开裂,这种现象称为热脆性。为了消除硫的有害作用,必须增加钢中锰的含量。锰与硫优先形成高熔点(1620℃)的硫化锰,并呈粒状分布在晶粒内,它在高温下具有一定塑性,从而避免了热脆性。
硫化物是非金属夹杂物,会降低钢的机械性能,并在轧制过程中形成热加工纤维组织。因此,通常情况下,硫是有害的杂质。在钢中要严格硫的含量。然而,当硫含量较高时,可以形成较多的MnS,在切削加工过程中,MnS能够起到断屑作用,改善钢的切削加工性,这也是硫的有利一面。
磷也是钢中的一个常见杂质,主要由生铁带入。在一般情况下,磷可以完全溶解于铁素体中。磷具有强烈的固溶强化作用,使钢的强度和硬度增加,但塑性和韧性显著下降。这种脆化现象在低温环境下更为严重,称为冷脆。通常希望冷脆转变温度低于工件的工作温度,以避免冷脆的发生。然而,磷在结晶过程中容易产生晶内偏析,导致局部地区含磷量偏高,使冷脆转变温度升高,从而引起冷脆。冷脆对于在高寒地带及其他低温条件下工作的结构件具有严重的危害性。此外,磷的偏析还会使钢材在热轧后形成带状组织。
因此,通常情况下,磷也是有害的杂质,在钢中也要严格控制磷的含量。然而,当磷含量较高时,由于脆性较大,磷在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工性方面则具有一定的优势。