Mellem kulstof- og lavkulstof-familierne ligger ferromangan med medium kulstof og vælges, når en mangantilsætning skal laves uden at skubbe stålets kulstofindhold ud af specifikationen. Dens virkning på stål med lavt kulstofindhold, medium kulstof og højt kulstofindhold er derfor ikke identisk: den samme legering, der komfortabelt passer til et konstruktionsstål, kan være ubrugelig i en pladekvalitet med lavt kulstofindhold eller et kritisk værktøjsstål. Denne artikel beskriver, hvordan legeringen opfører sig på tværs af kulstofområdet, og hvordan man vælger den rigtige kvalitet til hver familie.
Hvorfor karaktervalg bestemmer kulstofbalancen
Det kulstof, der indføres ved en ferromangantilsætning, er let beregnet og undervurderes ofte. Tilføjelse af et ton af en medium kulstofkvalitet indeholdende 2,0 % kulstof til en 100 tons varme indfører 20 kg kulstof i ca. 101 tons stål, en opsamling på omkring 0,020 %. Den samme tilsætning lavet med en høj kulstofkvalitet indeholdende 7,5% kulstof introducerer 75 kg, svarende til omkring 0,074%. Forskellen på omkring 0,054 % kulstof er større end hele specifikationsområdet for mange kulstoffattige og interstitielle-frie arkkvaliteter, hvilket netop er grunden til ferromangan med medium kulstof og lavt kulstofindhold.
| Karakter tilføjet, 1 ton | Kulstof indført | Afhentning i en 100 tons varme | Velegnet til |
|---|---|---|---|
| Ferromangan med højt kulstofindhold, 7,5 % C | 75 kg | omkring 0,074 % | Strukturelle, lange og tunge sektionsprodukter |
| Mellem kulstof ferromangan, 2,0 % C | 20 kg | omkring 0,020 % | Smede-, fjeder- og ingeniørkvaliteter |
| Mellem kulstof ferromangan, 1,5 % C | 15 kg | omkring 0,015 % | Stramte kulstoftekniske kvaliteter |
| Ferromangan med lavt kulstofindhold, 0,5 % C | 5 kg | omkring 0,005 % | Plader, kulstoffattige og mellemliggende-fri kvaliteter |
Figurerne illustrerer fortyndingslogikken frem for faste anlægsværdier, da den faktiske afhentning afhænger af varmestørrelse, genvinding og resten af ladningen. Princippet er det, der betyder noget: Kulstofkontrol begynder med valget af legeringskvalitet, ikke med en korrektion efterfølgende.
Effekt på stål med lavt kulstofindhold
Stål med lavt kulstofindhold, stort set dem under omkring 0,25 % kulstof, produceres til bilpaneler, bygningskonstruktioner og almindelige maskiner, hvor duktilitet, svejsbarhed og formningsadfærd er de afgørende egenskaber. Mangantilsætninger i området omkring 0,30-0,80 % øger trækstyrken og hårdheden ved at styrke den faste opløsning og forbedrer stålets hærdbarhed uden at ødelægge dets duktilitet. Kornforfining af ferritten forbedrer også balancen mellem styrke og sejhed, hvorfor mangan bibeholdes i de fleste strukturelle specifikationer i stedet for at blive behandlet som en urenhed.
Den begrænsende faktor er formbarhed. Pladekvaliteter med lavt kulstofindhold, og især dybtræk og mellemliggende-fri kvaliteter, har stramme kulstoflofter, så det kulstof, der bæres af legeringstilsætningen, er normalt begrænsningen snarere end mangangenvindingen. Mellem kulstof ferromangan ved 1,5-2,0 % kulstof er anvendeligt, hvor kulstofbudgettet tillader det; kulstoffattige kvaliteter er det sikrere valg til interstitial-fri og udsatte panelapplikationer. For meget mangan i en trækkvalitet kan også øge hårdheden og reducere plastikbelastningsforholdet, der styrer dybtrækbarheden, så tilsætningen bør dimensioneres i forhold til målegenskaben i stedet for blot til toppen af specifikationsområdet.
Effekt på medium kulstofstål
Mellem kulstofstål i 0,25-0,60 % kulstofområdet er rygraden i maskineri, aksler, gear og smedegods, og det er her, medium kulstof ferromangan bruges mest naturligt. Mangan på ca. 0,60-1,00 % forbedrer hærdbarheden markant, hvilket tillader en komponent at blive gennemhærdet i sektioner, der ellers ville kræve en mere alvorlig bratkøling eller yderligere legeringselementer. De praktiske fordele er højere og mere ensartet hårdhed efter varmebehandling, bedre træthedsydelse og forbedret slidstyrke under drift.
Samtidig reducerer mangan skørheden forbundet med nogle mikrostrukturer med højt kulstofindhold, når det er afbalanceret korrekt, og kornforfining fra en kontrolleret tilsætning forbedrer ensartetheden af mikrostrukturen. To advarsler gælder. Mangansulfid stringere introduceret med legeringen kan skabe retningsbestemthed, så tværgående egenskaber bør kontrolleres på kritiske smedninger. Og fordi medium kulstofstål ofte svejses, øger manganniveauet i toppen af området hærdbarheden i den varmepåvirkede zone og risikoen for koldrevner, hvilket normalt betyder forvarmningskontrol eller en kulstofækvivalent grænse snarere end en ændring af legering.
Effekt på højkulstofstål
Stål med højt kulstofindhold over ca. 0,60 % kulstof bruges til værktøj, fjedre, lejekomponenter og trådprodukter, hvor hårdhed og slidstyrke dominerer. Mangan bevarer en nyttig rolle her. I det typiske område på 0,30-0,90 % forbedrer det hærdeevnen og slidstyrken, samtidig med at det bevarer tilstrækkelig sejhed til brugen, og det er et standardelement i fjederstålspecifikationer sammen med silicium og krom.
Kulstofbudgettet bliver imidlertid kritisk. Stål med højt kulstofindhold ligger allerede tæt på deres kulstofspecifikation, og nogle kvaliteter, især kromholdige stål med højt kulstofindhold med ca. 1,0 % kulstof, tåler kun et smalt manganbånd på omkring 0,25-0,45 %. Enhver ukontrolleret kulstofopsamling fra legeringstilsætningen er uacceptabel i disse produkter, og det kan også være uøkonomisk at fjerne. Ferromangan med medium kulstof med et kulstofindhold på 1,5-2,0% eller en lav kulstofkvalitet vælges normalt til sådanne opvarmninger.
Tilbageholdt austenit er den anden overvejelse. I høje kulstofkvaliteter stabiliserer mangan austenit og øger hærdningsdybden, hvilket er nyttigt for slidstyrke, men risikerer dimensionel ustabilitet og revner, hvis tempereringscyklussen ikke justeres. Producenterne klarer dette ved at måle tilbageholdt austenit og temperering i længere tid og ved at holde mangan inden for det bånd, som karakteren var kvalificeret til.
Inddrivelse, omkostninger og praktisk udvælgelse
Genvindingen af mangan fra legeringen er høj, men ikke fuldstændig, og den afhænger af badets oxygenpotentiale, tilsætningspraksis og partikelstørrelsen af det ladede materiale. Finstoffer tabes lettere til slaggen end klumper, og våd legering indfører brint. Købere, der sammenligner kvaliteter, bør derfor arbejde i pris pr. kg genvundet mangan i stedet for i pris pr. ton legering og bør validere genvindingstallet på deres egen varme.
Vælg ferromangan med højt kulstofindhold til strukturelle og lange produkter, hvor kulstofopsamling er acceptabelt, og manganomkostninger pr. enhed er prioriteret.
Vælg medium carbon ferromangan til smedning, fjeder og ingeniørkvaliteter, hvor carbonloftet er ægte, men ikke ekstremt tæt.
Vælg ferromangan med lavt kulstofindhold til plader, kulstoffattige og mellemliggende-fri kvaliteter og til enhver varme, hvor kulstofbudgettet ikke kan absorbere yderligere 0,02 %.
Angiv de gældende kvalitetsgrænser i forhold til ISO 5446, ASTM A99/A99M eller GB/T 3795, og kræve particertificering af mangan, kulstof, silicium, fosfor og svovl.
Ofte stillede spørgsmål
Spørgsmål: Kan ferromangan med medium kulstof bruges i stål med lavt kulstofindhold?
Ja, hvor kulstofbudgettet tillader det. Tilsætningen øger kulstof med ca. 0,015-0,020 % pr. ton tilføjet til en 100 tons varme, så den er velegnet til mange kulstoffattige kvaliteter, men ikke til interstitial-fri eller nøje specificeret ark.
Q: Hvilket kulstofindhold adskiller ferromangan med medium kulstof?
Typiske kommercielle mellemstore kulstofkvaliteter bærer omkring 1,0-2,0% kulstof sammenlignet med 6,0-7,5% i høje kulstofkvaliteter og 0,5% eller mindre i lavkulstofkvaliteter. De nøjagtige grænser følger den aftalte kvalitet og leverandørspecifikation.
Q: Reducerer mangan skørhed i stål med højt kulstofindhold?
Mangan forbedrer hærdbarheden og hjælper med korrekt varmebehandling med at balancere hårdhed mod sejhed. Det fjerner ikke behovet for temperering, og for meget tilbageholdt austenit kan gøre dele med højt kulstofindhold mindre stabile i stedet for sejere.
Q: Hvor meget mangan skal et fjederstål indeholde?
Fjederstålkvaliteter indeholder almindeligvis omkring 0,50-1,00 % mangan sammen med silicium og krom, med det nøjagtige område, der er angivet af kvalitetsspecifikationen og den nødvendige hærdbarhed for tråd- eller stangsektionen.
Q: Hvorfor begrænser lejestål mangan så stramt?
Krombærende stål med højt kulstofindhold opererer allerede nær deres kulstofgrænse og er afhængige af en meget kontrolleret mikrostruktur for udmattelseslevetid. Mangan holdes i et smalt bånd på ca. 0,25-0,45% for at undgå overdreven tilbageholdt austenit og dimensionel ustabilitet.
Spørgsmål: Koster ferromangan med medium kulstof mere pr. enhed mangan?
Generelt ja, på grund af den ekstra raffinering og lavere kulstofindhold. Det er berettiget, når kulstofloftet i stålet gør en høj kulstoftilsætning umulig uden et produkt uden for specifikationen.
