Ķīmisko elementu ietekme uz tērauda plākšņu īpašībām
Dzelzs-oglekļa sakausējumu ar oglekļa saturu mazāku par 2,11% sauc par tēraudu. Papildus ķīmiskajiem komponentiem, piemēram, dzelzs (Fe) un oglekļa (C), tērauds satur arī nelielu daudzumu silīcija (Si), mangāna (Mn), fosfora (P), sēra (S), skābekļa (O), slāpekļa (N), niobija (Nb) un titāna (Ti). Biežāk sastopamo ķīmisko elementu ietekme uz tērauda īpašībām ir šāda:
1. Ogleklis (C): Palielinoties oglekļa saturam tēraudā, palielinās tecēšanas robeža un stiepes izturība, bet samazinās plastiskums un triecienizturība; tomēr, ja oglekļa saturs pārsniedz 0,23%, tērauda metināmība pasliktinās. Tāpēc metināšanai izmantotā mazleģētā konstrukciju tērauda oglekļa saturs parasti nepārsniedz 0,20%. Oglekļa satura palielināšanās arī samazina tērauda atmosfēras korozijas izturību, un augsta oglekļa satura tērauds viegli korodē atklātā gaisā. Turklāt ogleklis var palielināt tērauda aukstuma trauslumu un novecošanās jutīgumu.
2. Silīcijs (Si): Silīcijs ir spēcīgs deoksidants tērauda ražošanas procesā, un silīcija saturs rūdītā tēraudā parasti ir 0,12–0,37 %. Ja silīcija saturs tēraudā pārsniedz 0,50 %, silīciju sauc par leģējošo elementu. Silīcijs var ievērojami uzlabot tērauda elastības robežu, tecēšanas robežu un stiepes izturību, un to plaši izmanto kā atsperu tēraudu. Pievienojot 1,0–1,2 % silīcija rūdītam un atlaidinātam strukturālajam tēraudam, izturību var palielināt par 15–20 %. Apvienojumā ar silīciju, molibdēnu, volframu un hromu tas var uzlabot izturību pret koroziju un oksidēšanās izturību, un to var izmantot karstumizturīga tērauda ražošanā. Zema oglekļa satura tērauds, kas satur 1,0–4,0 % silīcija un kam ir ārkārtīgi augsta magnētiskā caurlaidība, tiek izmantots kā elektrotehniskais tērauds elektrotehnikā. Silīcija satura palielināšana samazinās tērauda metināmību.
3. Mangāns (Mn): Mangāns ir labs deoksidants un desulfurētājs. Parasti tērauds satur 0,30–0,50 % mangāna. Ja oglekļa tēraudam pievieno vairāk nekā 0,70 % mangāna, to sauc par "mangāna tēraudu". Salīdzinot ar parasto tēraudu, tam ir ne tikai pietiekama izturība, bet arī lielāka izturība un cietība, kas uzlabo tērauda sacietēšanas spējas un karstās apstrādes spējas. Tēraudam, kas satur 11–14 % mangāna, ir ārkārtīgi augsta nodilumizturība, un to bieži izmanto ekskavatoru kausos, lodīšu dzirnavu oderējumos utt. Palielinoties mangāna saturam, tērauda korozijas izturība samazinās un metināšanas veiktspēja samazinās.
4. Fosfors (P): Vispārīgi runājot, fosfors ir kaitīgs tērauda elements, kas uzlabo tērauda izturību, bet samazina tērauda plastiskumu un izturību, palielina tērauda aukstumtrauslumu un pasliktina metināšanas un aukstās lieces īpašības. Tāpēc parasti ir nepieciešams, lai fosfora saturs tēraudā būtu mazāks par 0,045%, un prasības pēc augstas kvalitātes tērauda ir zemākas.
5. Sērs (S): Sērs normālos apstākļos ir arī kaitīgs elements. Tas padara tēraudu karsējot trauslu, samazina tērauda elastību un izturību, kā arī izraisa plaisas kalšanas un velmēšanas laikā. Sērs arī pasliktina metināšanas veiktspēju un samazina izturību pret koroziju. Tāpēc sēra saturs parasti ir mazāks par 0,055%, bet augstas kvalitātes tēraudam tas ir mazāks par 0,040%. Pievienojot tēraudam 0,08–0,20% sēra, var uzlabot tā apstrādājamību, ko parasti sauc par automatizētu tēraudu.
6. Alumīnijs (Al): Alumīnijs ir tērauda deoksidants, ko bieži izmanto. Pievienojot nelielu daudzumu alumīnija tēraudam, var uzlabot graudu izmēru un triecienizturību; alumīnijam ir arī oksidēšanās izturība un korozijas izturība. Alumīnija kombinācija ar hromu un silīciju var ievērojami uzlabot tērauda lobīšanās īpašības augstā temperatūrā un korozijas izturību augstā temperatūrā. Alumīnija trūkums ir tas, ka tas ietekmē tērauda karstās apstrādes, metināšanas un griešanas īpašības.
7. Skābeklis (O) un slāpeklis (N): Skābeklis un slāpeklis ir kaitīgi elementi, kas var iekļūt no krāsns gāzes, kad metāls tiek kausēts. Skābeklis var padarīt tēraudu karstu trauslu, un tā ietekme ir smagāka nekā sēra ietekme. Slāpeklis var padarīt tērauda aukstuma trauslumu līdzīgu fosfora trauslumam. Slāpekļa novecošanās ietekme var palielināt tērauda cietību un izturību, bet samazināt tā elastību un sīkstumu, īpaši deformācijas novecošanās gadījumā.
8. Niobijs (Nb), vanādijs (V) un titāns (Ti): Niobijs, vanādijs un titāns ir graudu rafinēšanas elementi. Pareizi pievienojot šos elementus, var uzlabot tērauda struktūru, rafinēt graudus un ievērojami palielināt tērauda izturību un sīkstumu.