خام الحديد
صهر > أثر العناصر > الفوسفور

للفوسفور (P) أربعة تأثيرات رئيسية على الحديد: زيادة الصلابة والقوة، وانخفاض درجة حرارة المواد الصلبة، وزيادة السيولة، وقصر البرودة. اعتمادًا على الاستخدام المخصص للحديد، تكون هذه التأثيرات إما جيدة أو سيئة. غالبًا ما يحتوي خام المستنقع على نسبة عالية من الفوسفور (جوردون 1996، ص 57).
تزداد قوة وصلابة الحديد مع زيادة تركيز الفوسفور. 0.05% من الفوسفور في الحديد المطاوع يجعلها صلبة مثل الفولاذ الكربوني المتوسط. يمكن أيضًا تقوية الحديد عالي الفوسفور بالطرق على البارد. يكون تأثير التصلب صحيحًا لأي تركيز للفوسفور. فكلما زاد الفسفور، أصبح الحديد أكثر صلابة وزادت قوته بالمطرقة. يمكن لصانعي الفولاذ الحديث زيادة الصلابة بنسبة تصل إلى 30%، دون التضحية بمقاومة الصدمات من خلال الحفاظ على مستويات الفوسفور بين 0.07 و 0.12%. كما أنه يزيد من عمق التصلب بسبب التبريد، ولكنه في نفس الوقت يقلل أيضًا من قابلية ذوبان الكربون في الحديد عند درجات الحرارة العالية. هذا من شأنه أن يقلل من فائدته في صنع الفولاذ المنفّط (تدعيم)، حيث تكون سرعة وكمية امتصاص الكربون هي الاعتبار الأول.
إضافة الفوسفور لها جانب سلبي. عند التركيزات الأعلى من 0.2% يصبح الحديد قصير البرودة بشكل متزايد أو هش في درجات الحرارة المنخفضة. قصير بارد مهم بشكل خاص لقضيب الحديد. على الرغم من أن حديد البار عادة ما يعمل ساخنًا، إلا أن استخداماته تتطلب غالبًا أن يكون صلبًا وقابلًا للانحناء ومقاومًا للصدمات في درجة حرارة الغرفة. إن كسر المسمار عند اصطدامه بمطرقة أو عجلة عربة تنكسر عندما اصطدم بحجر لن يُباع جيدًا. تركيزات عالية بدرجة كافية من الفوسفور تجعل أي حديد غير قابل للاستخدام (Rostoker & Bronson 1990، ص. 22). تتضخم آثار قصر البرودة حسب درجة الحرارة. وبالتالي، قد تصبح قطعة الحديد التي يمكن استخدامها بشكل مثالي في الصيف هشة للغاية في الشتاء. هناك بعض الأدلة على أنه خلال العصور الوسطى، ربما كان لدى الأثرياء سيف عالي الفوسفور في الصيف وسيف منخفض الفوسفور للشتاء (Rostoker & Bronson 1990، ص 22).
يمكن أن تكون المراقبة الدقيقة للفوسفور ذات فائدة كبيرة في عمليات الصب. يعمل الفوسفور على خفض درجة حرارة السائل، مما يسمح للحديد بالبقاء منصهرًا لفترة أطول ويزيد السيولة. يمكن أن تؤدي إضافة 1% إلى مضاعفة المسافة التي سيتدفق بها الحديد المنصهر (Rostoker & Bronson 1990، ص 22). يتم تحقيق التأثير الأقصى، حوالي 500 درجة مئوية، بتركيز 10.2% (Rostocker & Bronson 1990، ص 194). لعمل المسبك تيرنر شعرت أن الحديد المثالي يحتوي على 0.2 - 0.55% فسفور. يتم تعبئة قوالب الحديد الناتجة مع عدد أقل من الفراغات وتقليل تقلصها أيضًا. في القرن التاسع عشر، استخدم بعض منتجي الحديد الزهر المزخرف الحديد مع ما يصل إلى 5 % من الفوسفور. سمحت لهم السيولة الشديدة بصنع مصبوبات معقدة وحساسة للغاية. لكنهم لم يكونوا قادرين على تحمل الوزن، حيث لم يكن لديهم قوة (Turner 1900، ص 202-204).
هناك نوعان من العلاجات لحديد الفوسفور العالي.الأقدم والأسهل هو التجنب. إذا كان الحديد الذي أنتجه الخام قصيرًا، فسيبحث المرء عن مصدر جديد لخام الحديد. تتضمن الطريقة الثانية أكسدة الفوسفور أثناء عملية الزعنفة بإضافة أكسيد الحديد. عادة ما ترتبط هذه التقنية بالتلطيخ في القرن التاسع عشر، وربما لم يتم فهمها من قبل. على سبيل المثال، يبدو أن إسحاق زاني، مالك شركة مارلبورو لأعمال الحديد، لم يعرف عنها شيئًا في 1772. نظرًا لسمعة زين لمواكبة أحدث التطورات، وكانت هذه التقنية ربما غير معروفة للمصانع الحديد من ولاية فرجينيا وبنسلفانيا.
يعتبر الفوسفور ملوثًا ضارًا لأنه يجعل الفولاذ هشًا، حتى عند تركيزات أقل من 0.6%. لا يمكن إزالة الفوسفور بسهولة عن طريق الصهر أو الصهر، لذا يجب أن تكون خامات الحديد منخفضة بشكل عام في الفوسفور لتبدأ.