1. מדוע יש לשלוט בקפדנות על תכולת זרחן (P)? לאילו השלכות חמורות זה יוביל?
מנגנון: לאטומי זרחן יש אפקט חזק של חיזוק תמיסות מוצק בפלדה, מה שמשפר משמעותית את חוזקה. עם זאת, הם נפרדים מאוד בגבולות התבואה, מפחיתים את אנרגיית החיבור של גבול התבואה וגורמים לירידה חדה בגמישות והקשיחות של הפלדה.
ביטויים ספציפיים: ירידה זו בקשיחות בולטת במיוחד בטמפרטורות נמוכות, מה שהופך את הפלדה לשבירה ונוטה לשבר שביר, תופעה המכונה "שבירות קרה".
השפעה על הטבעה: עבור חלקים הדורשים הטבעה קרה, נוכחות של זרחן מפחיתה משמעותית את יכולת העיבוד הקרה של החומר. מכיוון שהטבעה דורשת יכולת דפורמציה פלסטית טובה, השבריריות הנגרמת על ידי זרחן הופכת חלקים נוטים יותר להיסדק במהלך דפורמציה, במיוחד בטמפרטורות נמוכות או באזורי דפורמציה מורכבים.
השפעה כמותית: מחקרים מראים שעבור פלדת פחמן נמוכה- קונבנציונלית, כאשר תכולת הזרחן עולה על 0.15%, ההתארכות (אינדקס הפלסטיות) של החומר מתחילה לרדת בחדות. לפיכך, תכולת הזרחן של סלילים מגולגלים קרים- המשמשים לשרטוט עמוק מוגבלת באופן קפדני מתחת ל-0.035%.
2. מדוע יש לשלוט בקפדנות על תכולת הגופרית (S)? לאילו השלכות חמורות זה יוביל?
מנגנון: גופרית כמעט ואינה מסיסה בפלדה, אך היא מתאחדת עם ברזל ליצירת ברזל גופרתי (FeS). FeS וברזל יוצרים מבנה אוקטי של -נקודת התכה- נמוכה (בערך 985 מעלות).
ביטויים ספציפיים: טמפרטורות עבודה חמות (כגון גלגול חם ופרזול) של פלדה הן בדרך כלל מעל 1150 ~ 1200 מעלות. כאשר פלדה מחוממת לטווח טמפרטורות זה, נקודת -ההתכה- הנמוכה FeS המופצת בגבולות התבואה נמסה תחילה, משבשת את כוח החיבור בין הגרגרים, ובכך גורמת לפלדה להיסדק במהלך העיבוד; זה ידוע בשם "שבירות חמה".
השפעה על הטבעה: למרות שתהליך הגלגול הקר עצמו אינו כרוך בטמפרטורות גבוהות, סלילים מגולגלים חמים- הם חומר הגלם לגלגול קר. אם מתפתחים סדקים מיקרו בסליל המגולגל החם- עקב תכולת גופרית גבוהה, פגמים אלו יתרחבו ויתגברו במהלך גלגול קר, ובסופו של דבר יובילו לנקבוביות, קילוף או הטבעה של סדקים במוצר המגולגל הקר- המוגמר.
3. איזה נזק גורמת נוכחות של זרחן וגופרית לאיכות הפנימית של סלילים קרים-?
גופרית גורמת ליקויי דלמינציה: זוהי אחת הסכנות האופייניות ביותר הנגרמות על ידי גופרית. גופרית בפלדה קיימת כסולפידים (כגון MnS) והיא מוארכת לאורך כיוון הגלגול במהלך הגלגול, ויוצרת מבנים רצועות או רצועות. סולפידים רצועות אלה משבשים את המשכיות מטריצת המתכת, פועלים כמו שכבות של "דיאפרגמות" המוטבעות בתוך הפלדה. במהלך העיבוד שלאחר מכן או תחת לחץ, תכלילים רצועות אלה נסדקים בקלות, ויוצרים פגמי דלמינציה. מחקרים מצביעים על כך שהפחתת תכולת הגופרית בפלדה מתחת ל-0.02% יכולה למנוע ביעילות דלמינציה.
זרחן משרה פיצוח קורוזיה במתח: הפרדת זרחן בגבולות התבואה הופכת ל"מסלול פעיל" להתפשטות הסדקים. במקביל, זרחן מקדם את תהליך הפירוק האנודי של פלדה במדיות קורוזיביות מסוימות (כגון תמיסות חנקה), ומפריע להיווצרות סרטי פסיבציה, ובכך מגדיל באופן משמעותי את הרגישות של הפלדה לפיצוח קורוזיה במתח.
4. אילו השפעות שליליות יש לזרחן וגופרית על העיבוד הבא של סלילים מגולגלים- קרים (כגון ריתוך וטיפול פני השטח)?
הידרדרות יכולת הריתוך:
זרחן: מגביר את הנטייה לשבירות קרה של מתכת ריתוך, מה שמוביל לשבר שביר של מפרק הריתוך במהלך קירור או שירות בטמפרטורות נמוכות.
גופרית: מפחיתה את המשיכות של מתכת הריתוך והופכת אותה לנטייה לסדיקה חמה (פיצוח התמצקות) במהלך הריתוך, מכיוון שהפרדת גופרית מורידה את טווח טמפרטורת ההתמצקות של מתכת הריתוך, מה שהופך אותה לרגישה יותר לסדקים בשלבים המאוחרים יותר של ההתמצקות.
השפעה על איכות טיפול פני השטח:
גם גופרית וגם זרחן הם יסודות מפרידים מאוד. במהלך טיפול בחום (כגון חישול), הם יכולים להצטבר על פני השטח של לוחות פלדה. משקעי משטח אלו יכולים להשפיע קשות על טיפולים כימיים הבאים, כגון גרימת התגבשות לא תקינה והידבקות לקויה של הסרט הפוספט (ציפוי טרום{2}} שכיח לציפוי), ובסופו של דבר להפחית את העמידות הכוללת בפני קורוזיה לאחר הציפוי.
5. מהם תקני הבקרה על זרחן וגופרית בדרגות סליל מגולגל-? לסלילים מגולגלים קרים- באיכות גבוהה המשמשים להטבעה יש תכולת זרחן וגופרית הרבה מתחת לגבול העליון של פלדה רגילה. זה בדיוק כדי להבטיח שלחומר יש פלסטיות טובה, קשיחות ואיכות פנימית, כדי למנוע פגמים קטלניים כמו סדקים ודלמינציה במהלך עיבוד אחר כך כמו הטבעה.