فلزات از جمله فولاد، کاربرد و خواص وسیعی در صنایع مختلف دارند. اما این خواص تنها از جانب آهن و کربن حاصل نمی‌شود! خواص مطلوب فولاد نظیر استحکام، انعطاف‌پذیری، مقاومت و… وابسته به عناصر آلیاژیی است که در تولید آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. عناصر آلیاژی از فروآلیاژهایی تامین می‌شوند که در فرآیند تولید به مواد مذاب اضافه شده‌اند. اما مگر فروآلیاژها چه خواصی دارند؟ در این مقاله سعی داریم مفهوم فروآلیاژ و کاربردهای آن را مورد بررسی قرار دهیم.
هرآنچه باید در مورد فروآلیاژها بدانید!
فروآلیاژها، آلیاژهایی دارای آهن هستند که برای ایجاد خواص دلخواه در فولاد و برخی دیگر از فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع، آلیاژی از آهن به همراه تعدادی دیگر از عناصر، از جمله آلومینیوم، کروم، منگنز، سیلیس و… با درصدهای مختلف به صورت آمیژان به مذاب فلزات و فولاد اضافه می‌شوند.
شاید برایتان سوال پیش بیاید که چرا نمی‌توان این عناصر را به‌صورت خالص به فولاد و فلزات دیگر اضافه کرد؟
- این عناصر به صورت خالص بسیار گران هستند و هزینه تامین آنها اصلا مقرون به صرفه نیست.
- نقطه‌ی ذوب این عناصر در حالت خالص بسیار بیشتر از حالت آلیاژی است. تامین این درجه حرارت بالا برای نقطه ذوب، هزینه و مشکلات فنی بیشتری به همراه دارد.
به طور مثال، تولیدکنندگان برای اضافه کردن سیلیسیم به فولاد مجبورند از فروآلیاژ سیلیسیم استفاده کنند.
فروآلیاژها انواع مختلفی دارند که با توجه به نیاز بازار تولید شده و در دسترس مشتریان قرار می‌گیرند. از مهم‌ترین و اصلی‌ترین فروآلیاژها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فروسیلیسیم
- فرونیوبیوم
- فرو وانادیوم
- فرو بر
- فروتنگستن
- فرومولیبدن
- فروتیتانیوم
- فرومنگنز
- فروکروم
- فروفسفر
- فروسیلیکومنگنز
در این میان معروفترین و پر مصرفترین فروآلیاژ، فروسیلیسیم است. این آمیژان به منظور اکسیژن‌زدایی در صنایع فولاد و گرافیت‌زدایی در تولید چدن‌های گرافیتی کاربرد دارد. همچنین این فروآلیاژ در تولید فولادهای ضد زنگ و نسوز نیز در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تاریخچه‌ی تولید فروآلیاژها
تا قبل از قرن 19 میلادی، تولید فروآلیاژها همانند سیلیکون متال و فروسیلیسیم، با ذوب کانه‌های آهن و سنگهای منگنزی آهن‌دار در بوته‌های گرافیتی یا کورههای زمینی انجام می‌شد. این فرآیند تولید، معمولا با استفاده از کک و سایر مواد احیاکننده همراه بود. اما قطعات تولیدی ارزش چندانی نداشته و جز در مواردی اندک مورد استفادهی صنعتی قرار نمی‌گرفتند. چرا که برخی فروآلیاژها دمای ذوب بالایی داشته و به دمای مناسب خود نمی‌رسیدند. همین امر منجر به تولید قطعات غیر یکنواخت شده و از کیفیت محصولات تولیدی می‌کاست.
تا سال 1920، فرآیند تولید آهن خام نیز تنها در کورههای بلند انجام می‌شد. فرآیند تولید فروآلیاژها در این کوره‌ها، با شارژ کانه‌های آهن منگنزدار، کروم‌دار یا تیتانیم‌دار، به جای کانه‌های آهن خالص انجام می‌شد. مسلما محصولات تولید شده با این روش عیار پایینی داشته و مناسب استفاده در صنایع مختلف نبودند. اما با ساخت ژنراتورها و توسعه‌ی صنعت برق، کورههای قوس الکتریکی جایگزین کورههای بلند شدند. در این زمان فرآیند تولید فروآلیاژها از جمله فروسیلیسیم به مقیاس صنعتی رسید. تا به امروز نیز بهترین روش برای تولید بسیاری از فروآلیاژها در کشورمان ایران و سایر کشورها، استفاده از کورههای قوس الکتریکی است
فروآلیاژها چگونه به تولید میرسند؟
فروآلیاژها با استفاده از موادی نظیر سنگ آهن، سنگهای معدنی غیر آهنی، کک ذغال سنگ و ذغال سنگ با دو روش به تولید میرسند. همان طور که پیشتر نیز اشاره کردیم، با روی کار آمدن کورههای قوس الکتریکی، استفاده از کورههای بلند کاهش یافت. اما هنوز برخی از فروآلیاژها مانند فرومنگنز از این طریق تولید می‌شوند.
در کورههای قوس الکتریکی طی یک واکنش کربوترمیک، فروآلیاژها تولید می‌شوند. در این واکنش‌ها، اکسیدهای موجود در مواد اولیه، در حضور آهن و توسط کربن و مونوکسیدکربن حاصل از کک، احیا شده و فروآلیاژ را تشکیل می‌دهند. برای تولید برخی از فروآلیاژها، عناصر مختلفی که مورد نظر است، به آهن مذاب اضافه شده و فرآیند تولید صورت می‌گیرد.
فروآلیاژها در چه مواردی کاربرد دارند؟
فروآلیاژها برای دستیابی به یک ترکیب شیمیایی مشخص به مواد مذاب اضافه می‌شوند و خواص مورد نیاز برای تهیه محصولات خاص را تامین می‌کنند. این مواد کاربردهای فراوانی داشته که در ادامه به معرفی چند مورد از آنها می‌پردازیم.
اکسیژن‌زدایی
اکسیژن زدایی در فرآیند تولید فولاد توسط فروآلیاژها صورت می‌گیرد. برای ساخت فولاد، باید بر روی آهن خام عمل اکسیداسیون انجام شود. در طی این فرآیند ناخالصی‌های آهن نظیر کربن، گوگرد، فسفر و… توسط اکسیژن یا اکسیدهای آهن، به اکسیدهای مربوطه‌ی خود (سرباره) تبدیل می‌شوند.
معمولا مقداری اکسیژن در فرآیند اکسیداسیون در آهن باقی می‌ماند. این مقدار اکسیژن باقی مانده در حین انجماد باعث ایجاد حفره‌هایی کوچک در آهن شده که از کیفیت محصول نهایی می‌کاهد. برای همین منظور باید قبل از پایان فرآیند، عمل اکسیژن‌زدایی صورت گیرد.
جوانه‌زایی در ریخته گری آهن
معمولا در صنایع ریخته‌گری برای ایجاد تغییر در شرایط انجماد آهن مذاب، از فروآلیاژها استفاده می‌شود. درست همانند تشکیل هسته‌ی اولیه کریستال که تشکیل مرکز بلور را ساده‌تر کرده و دانه‌های کریستالی را در سرتاسر جرم آهن مذاب به صورت یکنواخت پراکنده می‌کند. که نتیجه‌ی این فرآیند، افزایش سختی شمش‌های به دست آمده پس از انجماد است. اضافه کردن برخی از عناصر مانند فروسیلیس و فرومنگنز به آهن مذاب قبل از ریخته گری نیز، باعث پراکندگی یکنواخت کربن در سراسر ساختار می‌شود. در حقیقت، کربن در آهن ریخته‌گری به صورت لایه‌لایه پراکنده است. عامل جوانه‌زا کمک می‌کنند تا این پراکندگی به صورت یکنواخت ایجاد شده و شکنندگی محصول نهایی کاهش پیدا کند. به همین دلیل است که آهن تلقیحی از استحکام بالاتری برخوردار است.
آلیاژی سازی
به فروآلیاژهایی که در طول فرآیند برای ایجاد تغییر در خواص فولاد مصرف می‌شوند، آلیاژساز گفته می‌شود. به طور مثال به فرو کروم، فرو وانادیم و فرومنگنز آلیاژساز می‌گویند.
زمانیکه این مواد با فولاد مذاب ترکیب می‌شوند، در محصول نهایی بهبود و تغییر خواص را ایجاد می‌کنند. مثلا زمانیکه عنصر کروم به فولاد مذاب اضافه شود، کیفیت ساختاری آن را بهبود داده و سبب مرغوبتر شدن آن می‌شود. در واقع، اضافه شدن کروم، فاز الفا با شبکه‌های کریستالی مکعب مرکزدار یعنی فریت را پایدارتر کرده و استحکام فولاد را بالا می‌برد. همچنین اضافه شدن کروم مقاومت در برابر زنگ‌زدگی را نیز افزایش داده و در بهبود محصول نهایی نقش تعیین کننده‌ای را ایفا می‌کند. حال می‌دانید که چرا تمامی فولادهای ضد زنگ حاوی کروم هستند.
با توجه به کاربردهای وسیع فروآلیاژها در صنایع و اهمیت کیفیت آنها، تولید این ترکیبات باید توسط دستگاه‌های مدرن، مجهز و تحت استاندارهای بین المللی صورت گیرد. شرکت رستاک صنعت تارا با پشتوانه 25 سال تخصص و تجربه از تامین‌کنندگان مطرح فروآلیاژ در سطح کشور است. شما می‌توانید جهت مشاوره و خرید فروآلیاژهای درخواستی خود با هر گرید و کیفیتی با شماره های درج شده‌ی این شرکت تماس حاصل نمایید.
ارسال نظر