فروآلیاژ چیست؟ و کاربرد آن در صنعت فولاد

فروآلیاژ چیست؟ و کاربرد آن در صنعت فولاد
Rate this post

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

*
*
*