Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, сера и фосфор.
Марганец является полезной примесью. Он вводится в сталь для раскисления. Раскисление – это процесс удаления из жидкого металла кислорода. После раскисления в стали остается 0,3…0,8 % марганца. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы и повышает прочность стали, практически не снижая пластичности, если его не более 0,8 %.
Кремний также полезная примесь. Он вводится в сталь в качестве активного раскислителя и остается в ней в количестве до 0,4 %. Кремний значительно повышает предел текучести и упрочняет сталь, но при этом снижает пластичность и вязкость.
Сера – вредная примесь. Она вызывает красноломкость стали, то есть хрупкость при горячей обработке давлением. С железом сера образует химическое соединение FeS. Это соединение образует с аустенитом эвтектику, которая имеет низкую температуру плавления –988 °С. Эвтектика располагается по границам зерен. При горячей деформации в местах расположения эвтектики появляются трещины или надрывы [1].
От красноломкости сталь предохраняет марганец. Он связывает серу в сульфид марганца MnS, исключающий образование легкоплавкой эвтектики. Но сульфид марганца, как и другие неметаллические включения, снижает пластичность и вязкость стали. Поэтому содержание серы в стали строго ограничивают.
Фосфор также является вредной примесью. Он растворяется в феррите и упрочняет его, но повышает порог хладноломкости. Каждая 0,01 % P повышает порог хладноломкости на 20…25 °С. Хрупкость стали, вызванная фосфором, увеличивается с увеличением содержания в ней углерода. Современные методы производства стали не дают возможности полного их очищения от фосфора.
Азот и кислород находятся в стали в виде оксидов, твердого раствора или в свободном виде располагаются в раковинах, трещинах и т.п. Концентрируясь по границам зерен, азот, кислород и их соединения повышают порог хладноломкости и понижают сопротивление хрупкому разрушению.
Растворенный в стали водород делает сталь очень хрупкой. Применяемая выплавка или разливка стали в вакууме снижает содержание водорода в стали.