Hvad ferrosiliciumnitrid bidrager til et smeltet stålbad
Ferrosiliciumnitrid er en nitridbærende ferrolegering, der bruges som et additiv i stålfremstilling, især til specialstål, der efterfølgende smedes. Det bærer nitrogen i en form, der let opløses i flydende stål, og fordi dets siliciumindhold også er anvendeligt, leverer en ladning to legeringselementer på samme tid. Tilsat øsen eller ovnen hæver det nitrogenniveauet i badet, samtidig med at det bidrager til deoxidation, hvorfor det ofte foretrækkes frem for andre nitrogenbærere, når både nitrogen og silicium ønskes.
Gavnlige virkninger af nitrogen i stål
Nitrogen opløst i stål er ikke automatisk skadeligt. I kontrollerede mængder styrker det ferrit ved fast-opløsningshærdning, forfiner korn gennem nitridudfældning og øger hårdhed og slidstyrke. I austenitiske kvaliteter stabiliserer nitrogen austenit og gør det muligt at udskifte en del af nikkelen, samtidig med at det forbedrer modstanden mod lokal korrosion og øger flydespændingen uden et stort tab af duktilitet. I ferritiske specialstål kan en lille, bevidst styret nitrogentilsætning forbedre styrke og hærdbarhed.
Skadelige virkninger: Aldring, blå skørhed og tab af sejhed
Vanskeligheden med nitrogen er timing. Nitrogen tilbageholdt i overmættet fast opløsning efter afkøling udfældes langsomt som jernnitrid, og denne udfældning forvrænger metalgitteret og genererer indre spændinger. De synlige konsekvenser er belastningsældning, et gradvist tab af duktilitet med tiden og forringelse af slagstyrke. Nitrogen-induceret skørhed i lav-kulstofstål ligner det, der forårsages af fosfor, men anses generelt for at være mere skadeligt, fordi det skrider frem med ældning, hvorimod fosforskørhed er en lav-temperatureffekt uden en ældningskomponent. Når fosfor allerede er højt, forværres den skade, der kan tilskrives nitrogen.
Blå skørhed er det klassiske symptom. Når stål med et højt nitrogenindhold opvarmes til ca. 250-450 C, får overfladen en blå temperamentfarve, trækstyrken stiger, og slagstyrken falder. Fordi dette temperaturbånd overlapper med svejseforvarmning og med driftsbetingelserne for nogle komponenter, er nitrogenkontrol et spørgsmål om-svejsekvalitet såvel som et mekanisk-egenskabsspørgsmål. Når nitrogenindholdet stiger, forringes svejsbarheden generelt gennem porøsitet og en hårdere, mere revnefølsom- varmepåvirket zone.
Hvordan aluminium ændrer nitrogenbalancen
Aluminium er standard korrigerende element. Tilsætning af en passende mængde aluminium til badet danner stabilt aluminiumnitrid, som er langt mindre opløseligt end jernnitrid og derfor binder kvælstof op i en harmløs, fint dispergeret form. Effekterne er todelte: Det nitrogen, der er tilgængeligt til at danne jernnitrid og forårsage ældning, reduceres, og aluminiumnitridpartiklerne fastholder austenitkorngrænser og begrænser kornvækst under efterfølgende varmbearbejdning. Dette er den samme mekanisme, der gør aluminium-nitrogenpraksis nyttig til kornforfining i special-stålsmedning.
Doseringsvinduet er smalt. For lidt aluminium efterlader nitrogen fri til at forårsage aldring; for meget efterlader grove indeslutninger af aluminiumoxid, der reducerer renligheden, påvirker træthedsydelsen og kan tilstoppe støbedyser. Nitrogen- og aluminiumsspecifikationer er derfor altid sat sammen i stedet for uafhængigt.
Typisk komposition og tilføjelsespraksis
| Punkt | Typisk rækkevidde | Kommentar |
|---|---|---|
| Nitrogen | 25-32% | Hovedaktivt element, indstiller tilsætningsvægten |
| Silicium | 45-55% | Bidrager til deoxidation og legering |
| Aluminium | 1,5 % maksimum | Holdt lavt for at begrænse indeslutninger |
| Kulstof | 0,5 % maksimum | Relevant for lav-kulstofstålkvaliteter |
| Partikelstørrelse | 1-10 mm eller pulver | Styrer opløsningshastighed og genvinding |
Påfyldes i øsen under tapning eller i ovnen efter deoxidation, når opløst oxygen allerede er reduceret.
Beregn tilsætningen ud fra målnitrogenindholdet og analysen af partiet, og kontroller derefter med en badprøve.
Forvent lavere genvinding fra fint pulver udsat for luft og højere genvinding fra tætte granulat tilsat i dybden.
Tjek nitrogen og aluminium sammen efter tilsætningen for at bekræfte, at frit nitrogen er blevet fanget.
Fordi opløsning er tidsafhængig, kan en tilsætning foretaget for sent i tapningen delvist forblive i slaggen eller som uopløste partikler, hvilket giver et nitrogenresultat under målet, selvom varmen blev ladet, som om legeringen var helt opløst. Prøveudtagning efter en kort opbevaringsperiode giver et langt mere pålideligt tal end prøveudtagning ved tilsætning.
FAQ
Q: Er nitrogen i stål altid skadeligt?
Nej. Inden for kontrollerede grænser styrker nitrogen matrixen og forfiner kornstrukturen; Skader opstår hovedsageligt, når overskydende nitrogen forbliver i fast opløsning og udfældes langsomt som jernnitrid.
Q: Hvad forårsager blå skørhed?
Opvarmning af stål med højt-nitrogenindhold til ca. 250-450 C. I dette område øges styrken, mens slagstyrken falder, og overfladen viser en blå temperamentsfarve.
Q: Hvorfor er nitrogenskader sammenlignet med fosfor?
Begge er skørt-kulstofstål. Nitrogen anses for at være mere skadeligt i denne sammenhæng, fordi dets virkninger skrider frem med tiden gennem ældning, hvorimod fosfor forårsager lav-temperaturskørhed uden en ældningskomponent.
Q: Hvordan forhindrer aluminium aldring?
Det danner stabilt aluminiumnitrid, som fjerner nitrogen fra fast opløsning og forhindrer langsom udfældning af jernnitrid. Partiklerne begrænser også austenitkornvæksten.
Q: Kan der tilføjes for meget aluminium?
Ja. Overskydende aluminium danner grove indeslutninger af aluminiumoxid, der reducerer renligheden og kan tilstoppe dyser, så aluminium og nitrogen er specificeret sammen.
Spørgsmål: Hvordan kontrolleres genvinding af nitrogentilsætningen?
Hovedsageligt efter partikelstørrelse, tilsætningsdybde og timing. Grove granulat tilsat dybt i badet under tapning giver den mest konsekvente genopretning.
