عناصر مضر از قبيل مس، نيكل، آرسنيك، سرب، قلع، آنتيموان، موليبدن كرم و غيره در فولاد عناصري هستند كه به‌طور ناخواسته وارد ساختار آن مي‌شوند و به‌طور معمول براي زدودن آنها از فولاد نياز به فرآيند‌هاي متالورژيكي چند مرحله‌اي داريم. وجود عناصر زائد در فولاد مي‌تواند تاثيرات مهمي بر خواص مكانيكي آن بگذارد.
بنابراين روشن است كه ما نياز به شناسايي و تعيين كيفي تاثيرات عناصر زائد در فولاد داريم تا اين تاثيرات در محدوده مجاز باقي بمانند.
عناصر زائد يا حداقل برخي از آنها داراي تاثيراتي بر روي شرايط و روش عملكردي فرآيندهايي از قبيل آنيل كامل دارند و تاثير اين عناصر بر روي تمامي خواص مكانيكي محتمل است.
بايد تفاوت آشكاري بين عناصر زائدي كه به‌دليل وجود آنها در محلول جامد مانند MO,Cr,Ni و Cu تاثيرگذارند و عناصري مانند Sn، As و Sb كه داراي تاثيراتي همانند ايجاد جدايش در فصل مشترك هستند (سطحي و مرزدانه‌اي) قائل شويم.
هيدروژن:
گاز هيدروژن نيز به‌عنوان يك عنصر زائد در فولاد شناخته مي‌شود و مي‌تواند بسيار مضر باشد. هيدروژن قابليت حل شدن در فولاد مذاب را دارد و در فاز آستنيت نيز تا حدي حل مي‌شود. اين گاز در فاز فريت تا حد زيادي غيرقابل حل است و به‌صورت هيدروژن اتمي (+H) از آن خارج مي‌شود. به‌طور معمول اگر -H در ورق‌هاي ضخيم، چكش‌كاري سنگين، خطوط آهن و غيره محبوس شود، هيدروژن بر روي سطح توده‌هاي سولفيد منگنز، تجمع مي‌كند. هنگامي كه اين تجمعات گاز هيدروژن بر روي سطوح تغيير مكان مي‌دهند مولكول هيدروژن (H2) مي‌تواند تشكيل شود و فشار ناشي از تشكيل آن براي ايجاد ترك‌هاي داخلي كافي است و از اين رو موجب معيوب شدن قطعات مي‌شوند.
در زير به برخي از تاثيرات محتمل متالورژيكي ناشي از عناصر زائد بر روي شرايط عملكردي و خواص محصولات فولادي اشاره مي‌كنيم.
برخي از تاثيرات احتمالي عناصر زائد به شرح ذيل هستند:
1. شرايط عملكردي از جمله:
- وجود عناصري از قبيل : Mo,Cr,Sn مي‌تواند بر روي تبلور مجدد و نيروهاي نورد در فرآيند نورد گرم تاثيرگذار باشد.
- وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد مي‌تواند بر استحاله فازي آستنيت به فرريت و نيز سختي‌پذيري آن موثر باشد.
- وجود عناصري همانند Zn و Sn مي‌تواند بر روي چكش خواري گرم در طول فرآيند شكل‌دهي گرم تاثيرگذار باشد.
- عناصر Mo,Cr,Sn بر روي تبلور مجدد در طي فرآيند آنيلينگ موثر هستند.
2. تاثير بر روي سطح ظاهري محصولات نورد گرم و ورق اسيدشويي شده به دليل وجود عناصر Cu,Ni,As,Sn.
ناشي از شكنندگي حرارتي
- ناشي از احتمال تاثير مشترك مس و قلع در شكنندگي حرارتي فولاد
3. شكنندگي مرزدانه‌ها به واسطه وجود عناصر Sb,Sn,As در طي فرآيند نورد تسمه
- در طي فرآيند ناپيوسته (batch) يا آنيل هم دما (continuous Anealing)فولادهاي كربن يا فولادهاي سخت (C Steels)
4. پديده جدايش فصل مشترك رسوب زمينه به واسطه وجود Sn
- رشد كامل Ostwald، رشد رسوبي و كنترل تركيب
- تاثيرات Sn بر Fe4N، Sn بر MnS و Sb بر TiC
5. وجود هرگونه عنصر زائد در فولاد بر روي خواص مكانيكي محصول نهايي تاثير گذار خواهد بود.
- محصولات تخت نورد گرم و نورد سرد
- محصولات تخت
- محصولات طويل
6. پوشش‌دهي با فرايند غوطه‌‌وري گرم يا فرآيند گالوانيزه كردن
7. تاثير بر روي قابليت جوش‌پذيري فولادهاي استحكام بالا ناشي از وجود عناصرMO,Cr,Cu,Ni
عناصر زائد از ناخالصي‌هاي موجود در زغال كك، گدازنده قراضه‌ها و اين قبيل مواد كه وارد فولاد مي‌شوند به همين دليل قراضه آهن همواره به‌عنوان يكي از منابع اصلي عناصر زائد مطرح شده است.
عناصر زائد رايج موجود در فولاد مس، نيكل، كرم و موليبدن هستند. حدود قابل قبول براي عناصر زائد در فولاد وابستگي زيادي به كاربرد محصول دارد.
مشكل اساسي در فرآيند بازيابي فولاد، كنترل مراحل ناخواسته عناصر موجود يا عناصر زائد از نظر تضمين خالص بودن فولاد در كنار كارايي آن است. امروزه اكثر فولادهايي كه مورد استفاده قرار مي‌گيرند از نوع فولادهاي كم كربن يا كم آلياژ و انواع فولادهاي تحت عمليات كششي شديد (Extra Deep Drawing) هستند. خواص اين فولادها نسبت به مقدار عناصر زائد و فرآوري ترمومكانيكي بسيار حساس است.
از آنجايي كه محصولات تخت و آرماتورها بسيار مورد اهميت هستند، در جدول شماره يك مقادير نمونه برخي از عناصر زائد موجود در فولاد براي خط توليد يك كوره قوس الكتريكي بر حسب درصد وزني نشان داده شده است. اگرچه تاثيرات عناصر زائد بر روي خواص فولاد ممكن است به‌طور كلي ناچيز به نظر برسد اما برخي اوقات حتي تغييرات جزئي در برخي خواص مي‌تواند به‌طور قابل‌توجهي احتمال معيوب بودن قطعه با نيازهاي خاص را افزايش دهد.
برخي از توافقات كلي درباره تاثيرات عناصر زائد از قبيل Cu, Ni, Cr Mo, Sn و Sb در خواص فولادهاي گوناگون در جدول شماره 2 داده شده است.
از جمله مكانيزم‌هاي تقويت فولاد شامل: تقويت محلول جامد، ريزدانه كردن، رسوب دهي، مقدار پرليت، از بين بردن جابه‌جايي‌ها با فرآيند كار سرد و در نهايت استحاله‌هاي بينيتي و مارتنزيتي، هستند.
اثر عناصر زائد بر روي خواص كششي فولاد به واسطه تقويت محلول جامد است. وجود عناصر زائد در غلظت كم سبب افزايش استحكام كششي و تسليم مي‌شود كه اين امر به اين دليل است كه محلول جامد مي‌تواند بخشي از غلظت محلول بگيرد.