Основните вредни примеси са сярата и фосфора
Газовете (азот, кислород, водород) също принадлежат към вредните примеси.
Сярата е вреден примес - тя навлиза в стоманата главно с изходното желязо. сярата е неразтворима в желязото, тя образува с него съединението FeS железен сулфид. при взаимодействие с желязо се образува евтектика (Fe + FeS) с точка на топене 9880 C. Следователно, когато стоманените заготовки се нагряват за пластична деформация над 9000 C, стоманата става крехка. По време на гореща пластична деформация детайлът се разрушава. Това явление се нарича червена чупливост. Един от начините за намаляване на влиянието на сярата е въвеждането на манган. Съединението Mns се топи при 16200 C; тези включвания са пластични и не причиняват червена крехкост.
Съдържанието на сяра в стоманите е разрешено не повече от 0,06%.
Фосфорът влиза в стоманата главно и с оригиналния чугун, който също се използва за топене на стомана. До 1,2% фосфор се разтваря във ферит, намалявайки неговата пластичност. Фосфорът има голяма склонност към сегрегация, следователно, дори и с малко средно количество фосфор в отливката, винаги могат да се образуват области, богати на фосфор.
Скрити примеси: Това е името на газовете, присъстващи в стоманата - азот, кислород, водород - поради трудността при определяне на тяхното количество. Газовете навлизат в стоманата по време на нейното топене. В твърда стомана те могат да присъстват или като се разтварят във ферит, или образуват химично съединение (нитриди, оксиди). Газовете също могат да бъдат в свободно състояние в различни прекъсвания.
Има два вида въглеродни инструментални стомани: качествени и висококачествени.
Висококачествените стомани са маркирани с буквата "А" в края (U10A).
Инструментални въглеродни стомани: Имат висока твърдост (60-65 HRC), здравина и устойчивост на износване и се използват заизработка на различни инструменти.
Въглеродните инструментални стомани U8 (U8A), U10 (U10A), U11 (U11A), U12 (U12A) и U13 (U13A), поради ниската стабилност на преохладения аустенит, имат ниска закаляемост и следователно тези стомани се използват за малки инструменти.
Дървообработващи инструменти, длета, щанци, шипове, отвертки, брадви се изработват от стомани U7 и U8, които след термична обработка имат трооститна структура.
Закаляването се извършва при 150-1700 С за поддържане на висока твърдост (62-63 HRC).
Стомана U7 се закалява с нагряване над точката Ac3 (800-8200 C) и се подлага на темпериране при 275-325 0 C (48-58 HRC).
Въглеродните стомани могат да се използват като режещ инструмент само за рязане на материали при ниска скорост, тъй като тяхната висока твърдост значително намалява при нагряване над 190-200 0 C.
2. Диаграма на състоянието на желязо-железен карбид.
Стоманите, съдържащи от 0,8 до 2,14% С, се наричат хиперевтектоидни.
В началото на нагряването хиперевтектоидната сплав има структура на перлит и вторичен цементит.
Когато температурата се повиши до 7270 C (точка 1), настъпва евтектоидна трансформация, перлитът се превръща в аустенит. От точка 1 до точка 2 сплавите имат структура аустенит + вторичен цементит. С наближаването на точка 2 концентрацията на въглерод в аустенита се увеличава според SE линията.
При температури, съответстващи на линията SE (стр. 2), аустенитът се оказва наситен с въглерод и с повишаване на температурата сплавта напълно се втвърдява и има структура само на аустенит. До точка 3 няма промяна в сплавта, а само повишаване на температурата.
При повишаване на температурата в точки 3 течността се отделя от твърдия аустенит. Структурата ставатечност + аустенит. До точка 4 не настъпва промяна в сплавта.
В точка 4, под въздействието на висока температура, целият аустенит се превръща в течност.
Така след окончателното нагряване хиперевтектоидните сплави се състоят от течност.
3. При нагряване над 7270 C се образуват аустенитни ядра на границите на ферит-карбид. При такова нагряване броят на ядрата винаги е достатъчно голям и първоначалното аустенитно зърно е малко. Колкото по-висока е скоростта на нагряване, толкова по-малко е зърното на аустенита, тъй като скоростта на образуване на ядра е по-висока от скоростта на техния растеж.
При по-нататъшно повишаване на температурата или увеличаване на продължителността на излагане при дадена температура настъпва колективна рекристализация и зърното се увеличава. Растежът на зърното, образувано при нагряване до дадена температура, разбира се, не се променя при последващо охлаждане.Способността на аустенитните зърна да растат зърна не е еднаква дори за стомани със същия клас състав поради влиянието на условията на тяхното топене.
Според склонността към растеж на зърната се разграничават два гранични вида стомани: наследствено дребнозърнести и наследствено едрозърнести.
В наследствената финозърнеста стомана при нагряване до високи температури (1000-10500 C) зърното леко се увеличава, но при по-високо нагряване се наблюдава бърз растеж на зърното. В наследствената едрозърнеста стомана, напротив, се наблюдава силен растеж на зърното дори при леко прегряване над 7270 С. Различна тенденция към растеж на зърното се определя от условията на дезоксидация на стоманата и нейния състав.
Колкото по-малко е зърното, толкова по-висока е якостта (sv, st, s-1), пластичността (d, y) и якостта (KCU, KCT), толкова по-нисък е прагът на студена крехкост (t50) и толкова по-ниска е склонността към крехко счупване. Чрез намаляване на размера на зърното на аустенита може да се компенсира отрицателнотовлияние на други механизми на втвърдяване върху прага на студочупливост.
Легиращите елементи, особено карбидообразуващите (нитридообразуващите) забавят растежа на аустенитните зърна. Ti, V, Nb, Zr, Al и N действат най-силно, като образуват трудно разтворими в аустенит карбиди (нитриди), които служат като бариера за растежа на зърната. Колкото по-голяма е обемната част на карбидите (нитридите) и колкото по-висока е тяхната дисперсия (по-малък размер), толкова по-фино е аустенитното зърно. В същото време неразтворимите карбиди (натриди) имат нуклеиращ ефект върху образуването на нови аустенитни зърна, което също води до по-фини зърна. Манганът и фосфорът допринасят за растежа на аустенитните зърна.
Всички методи, които предизвикват рафиниране на аустенитните зърна - микролегиране (V, Ti, Nb и др.), Високи скорости на нагряване и др. - повишават структурната якост на стоманата.
Едрозърнестостта се търси само в електротехническите (трансформаторни) стомани с цел подобряване на магнитните им свойства.