Поведение серы

Сера является вредной примесью, придает металлу красноломкость, связанную с выделением при кристаллизации стали в межзеренном пространстве сульфидов железа, которые с железом образуют эвтектику, плавящуюся при температурах <1000°С. Слиток стали, содержащей большое количество серы, разрушается при пластической обработке (горячая ковка, штамповка, прокатка) в условиях температур 1200-1250 °С. При этом прослойки, разобщающие зерна стали, находятся в жидком состоянии и способствуют разрушению металла при его деформации. Источниками серы являются шихтовые материалы и, главным образом, чугун. Часть серы содержится в стальном ломе и шлакообразующих материалах. Активность серы в жидкой стали повышают такие элементы как углерод, кремний, алюминий, фосфор, а марганец и медь снижают ее активность. Сера является поверхностно-активным элементом и на поверхностях раздела фаз концентрация ее всегда выше, чем в объеме растворов. При удалении серы из металла в шлак наиболее эффективным является увеличение поверхности контакта металла со шлаком или другой десульфурирующей фазой (например, вдуваемые в металл тонкоизмельченные порошкообразные реагенты). Переход серы из металла в шлак проходит на границе раздела. Главным процессом в удалении серы из металла является ее удаление по реакции

(СaО) + [FeS] = (CaS) + (FeO).

Повышение основности и снижение окисленности шлака способствует десульфурации. Положительную роль оказывает также повышение температуры металла и активное перемешивание ванны.

Часть серы удаляется в газовую фазу в виде SO₂. Для снижения содержания серы в металле целесообразна вакуумная обработка жидкого чугуна. Положительную роль в десульфурации металла играет марганец, обладающий заметно более высоким химическим сродством к сере, а продукт взаимодействия с ней не склонен выделяться по границам зерен металла, как сульфид железа, в связи с более высокой температурой плавления (1610 °С). Тем не менее введение марганца не исключает полностью влияния серы на свойства стали, так как хрупкие включения (МnS) в твердом металле снижают его пластичность и ударную вязкость.