Quặng sắt
Nấu luyện > Các nguyên tố dấu vết > Phosphor

Phosphor (P) có 4 tác động chính tới sắt: làm tăng độ cứng và độ bền, làm giảm nhiệt độ hóa rắn, làm tăng tính chảy và tính giòn nguội. Phụ thuộc vào mục đích sử dụng sắt thép, các tác động này có thể là tốt hoặc xấu. Quặng sắt đầm lầy thường có hàm lượng phosphor cao (Gordon 1996, tr. 57).
Độ bền và độ cứng của sắt tăng lên với hàm lượng phosphor. Hàm lượng 0,05%P trong sắt rèn làm cho nó cứng ngang thép vừa cacbon. Sắt cao phosphor có thể được làm cứng bằng rèn búa nguội. Tác động làm cứng là đúng với bất kỳ hàm lượng nào của phosphor. Càng nhiều phosphor thì sắt càng trở thành cứng hơn và nó càng dễ làm cứng bằng rèn búa nguội. Các nhà sản xuất thép hiện đại có thể làm tăng độ cứng tới 30% mà không phải hi sinh độ chống chịu va đập bằng cách duy trì hàm lượng phosphor ở mức 0,07-0,12%. Nó cũng làm tăng độ sâu của làm cứng do tôi, nhưng cùng lúc đó làm giảm độ hòa tan của cacbon trong sắt ở nhiệt độ cao. Điều này có thể làm giảm tính gữu dụng của nó trong sản xuất thép xementit (xementit hóa), trong đó tốc độ và lượng cacbon hấp thụ là ưu tiên xem xét hàng đầu.
Sự bổ sung phosphor cũng có nhược điểm. Với hàm lượng trên 0,2%P thì sắt ngày càng trở thành giòn nguội hay giòn ở nhiệt độ thấp. Giòn nguội là đặc biệt quan trọng với sắt thỏi. Mặc dù sắt thỏi thường được gia công nóng, nhưng sử dụng nó thường yêu cầu nó phải đủ dẻo dai, có thể uốn và chống chịu va đập ở nhiệt độ phòng. Ví dụ, một cái đinh vỡ tan khi đóng bằng búa hay một cái bánh xe ngựa vỡ ra khi va chạm với đá thì rất khó có thể tiêu thụ. Các mức hàm lượng phosphor đủ cao làm cho sắt trở thành vô dụng (Rostoker & Bronson 1990, tr. 22). Các tác động của giòn nguội tăng lên theo sự giảm xuống của nhiệt độ. Vì thế, một mảnh sắt là có thể dùng được hoàn hảo trong mùa hè thì lại có thể trở thành rất giòn trong mùa đông. Có một số chứng cứ cho thấy trong thời Trung cổ thì những người rất giàu có thể có thanh kiếm cứng hơn (cao phosphor) trong mùa hè và thanh kiếm ít cứng hơn (thấp phosphor) trong mùa đông (Rostoker & Bronson 1990, tr. 22).
Kiểm soát cẩn thận hàm lượng phosphor có thể mang lại lợi ích lớn trong các hoạt động đúc. Phosphor làm giảm nhiệt độ chảy lỏng, cho phép sắt duy trì ở trạng thái lỏng lâu hơn và làm tăng tính chảy lỏng. Sự bổ sung 1% P có thể làm tăng gấp đôi khoảng cách mà sắt nóng chảy sẽ chảy dài (Rostoker & Bronson 1990, tr. 22). Tác động tối đa ở khoảng 500 °C đạt được với hàm lượng phosphor là 10,2% (Rostocker & Bronson 1990, tr. 194)Lỗi harv: không có mục tiêu: CITEREFRostockerBronson1990 (trợ giúp). Đối với các vật đúc, Thomas Turner cho rằng sắt lý tưởng cần chứa 0,2–0,55% P(Turner 1900, tr. 202–204). Sắt này sẽ điền đầy khuôn với ít lỗ rỗng hơn cũng như ít co lại hơn. Trong thế kỷ 19 một số nhà sản xuất gang đúc trang trí sử dụng sắt chứa tới 5% P. Tính chảy lỏng cao cho phép chúng tạo ra những vật đúc rất phức tạp và tinh tế nhưng chúng không thể chịu tải, do chúng không có sức bền (Turner 1900, tr. 202–204).
Có hai cách sửa chữa đối với sắt cao phosphor. Cách cũ nhất và dễ nhất là tránh nó. Nếu sắt sản xuất từ quặng bị giòn nguội thì người ta có thể tìm kiếm nguồn quặng sắt mới thay thế. Cách thứ hai bao gồm oxy hóa phosphor trong quy trình tinh luyện bằng cách bổ sung sắt oxit. Kỹ thuật này thường gắn với khuấy luyện (puddling) trong thế kỷ 19 và có thể chưa được hiểu rõ trước đó. Chẳng hạn, Isaac Zane (1743-1795), chủ sở hữu của Marlboro Iron Works dường như không biết đến kỹ thuật này vào năm 1772. Với danh tiếng của Zane như là người luôn bắt kịp những phát triển mới nhất trong nấu luyện sắt thì kỹ thuật này có lẽ chưa từng được những người sản xuất sắt thép ở Virginia và Pennsylvania biết đến.
Phosphor là tạp chất có hại trong thép do nó làm cho thép giòn, ngay cả khi ở các mức hàm lượng thấp đến 0,6%. Phosphor không dễ bị loại bỏ bằng cách trợ chảy hay nấu luyện, vì thế quặng sắt nói chung phải chứa ít phosphor để phục vụ sản xuất thép.