Яке застосування порошку нітриду феррокремнію Si3N4 у металургії?

Порошок нітриду кремнію (SiN₄)., з Si₃N4 як основною фазою, як правило, містить 55%-65% Si, 10%-15% N і 15%-25% Fe, із загальною кількістю домішок (Al, Ca, S, P) менше або дорівнює 3%. Його основні характеристики підтримують різноманітні застосування в металургійній галузі:

 Висока термодинамічна стабільність:Si₃N₄ має точку плавлення приблизно 1900 градусів і не розкладається в розплавленій сталі/залізі при температурі нижче 1600 градусів, що призводить до м'якої та контрольованої реакції.

 Відповідна реактивність:Вільна енергія реакції між Si та O (ΔG₂₀₀₀K=-477 кДж/моль) і між N та O низька, що забезпечує ефективне розкислення без введення шкідливих домішок.

 Відмінні характеристики частинок:Порошок промислового -класу має розмір 100-300 меш (48-150 мкм), велику питому поверхню та легко диспергується в розплавленому металі, що забезпечує хорошу однорідність реакції.

(1) Розкислення при виробництві сталі: підвищення чистоти та стабільності розплавленої сталі

Порошок нітриду кремнію, як високоефективнийкомпозитний розкислювач, має значні переваги перед традиційнимферосиліційі розкислювачі алюмінію:

Механізм розкислення:

Si₃N₄ реагує з О в розплавленій сталі, утворюючи SiO₂ і N₂. SiO₂ має щільність 2,65 г/см³, що набагато менше, ніж у розплавленої сталі (7,8 г/см³), завдяки чому він легко плаває та видаляється зі шлаком. Коли N₂ виходить у вигляді бульбашок, він може нести деякі дрібні включення, додатково очищаючи розплавлену сталь.

Відповідні сценарії:

Застосовується до низько{0}}легованої високоміцної-сталі, підшипникової сталі, пружинної сталі та інших сталей з високими вимогами до чистоти. Це може зменшити внутрішню пористість і дефекти включень у сталі, а також покращити міцність на розрив і втомну довговічність.

(2) Регулювання легування: оптимізація механічних властивостей сталі

Si та N працюють синергетично, щоб досягти балансу між «зміцненням і жорсткістю» в сталі:

Механізм зміцнення:

Si розчиняється в решітці заліза, викликаючи спотворення ґрат, перешкоджаючи руху дислокацій і покращуючи міцність і твердість сталі; N утворює дрібні та дисперговані нітриди (такі як NbN і VN) з такими елементами, як Nb і V у сталі, створюючи ефект дисперсійного зміцнення, одночасно очищаючи зерна;

Дані про покращення продуктивності:

Під час виробництва-високоміцної легованої сталі додавання 0,4%-0,8%ферропрошок нітриду кремніюпідвищує межу текучості сталі на 15%-20%, міцність на розрив на 10%-15%, а відносне подовження залишається вище 18%, врівноважуючи міцність і пластичність;

(3) Область лиття: покращення якості лиття та формування

Порошок нітриду кремнію має функції інокуляції та регулювання текучості, підходить для сірого чавуну, ковкого чавуну та точного лиття:

Оптимізована текучість:

Зменшує поверхневий натяг розплавленого заліза, знижуючи в'язкість на 15%-20%, покращуючи здатність заповнення розплавленого заліза та зменшуючи дефекти, такі як "недостатнє заливання" та "холодне закриття";

Очищення зерна:

Частинки порошку діють як гетерогенні ядра зародження в розплавленому чавуні, сприяючи рівномірному випаданню графіту, покращуючи розмір зерна виливків від 80 мкм до 30-40 мкм, збільшуючи міцність на 25%-30% і покращуючи зносостійкість;

(4) Виробництво спеціальної сталі: відповідність вимогам продуктивності високо-сценаріїв

У виробництві спеціальних сталей, таких як високотемпературні-сплави та нержавіюча сталь, порошок нітриду ферокремнію відіграє унікальну роль:

Високотемпературні-сплави:

При використанні у виробництві високо{0}}температурних сплавів для турбінних лопаток авіа-двигунів N утворює стабільні нітриди з такими елементами, як Cr і Co, підвищуючи межу повзучості сплаву при 1000 градусів більш ніж на 25%, підвищуючи стійкість до окислення на 30% і здатність витримувати екстремально високі температури та вплив потоку повітря;

Нержавіюча сталь:

Додавання порошку 0,3%-0,5% може оптимізувати розподіл хрому в нержавіючій сталі, уникнути утворення бідних хромом ділянок і подрібнити зерна, збільшивши час стійкості до корозії соляного туману з 200 годин. Розширений до понад 350 годин, підходить для висококорозійних середовищ, таких як хімічне обладнання та морська техніка;

Інші спеціальні сталі:

У виробництві інструментальної сталі це може покращити червону твердість і зносостійкість сталі; У -виробництві низькотемпературної сталі він знижує температуру переходу крихкості завдяки подрібненню зерна, дозволяючи сталі зберігати гарну в’язкість при -60 градусах.

(1) Контроль кількості додавання

Розкислення сталі:

0,3%-0,6% (маса сталі), надмірне додавання може легко призвести до надмірного вмісту азоту в сталі (перевищуючи 0,015%), викликаючи «азотну крихкість»;

Лиття щеплення:

0,2%-0,5% (маса розплавленого заліза), надмірне додавання зробить виливок занадто твердим, що вплине на продуктивність обробки;

Спеціальне легування сталі:

0,4%-0,8% (маса розплавленої сталі), потрібно точно відрегулювати відповідно до цільового складу марки сталі.

(2) Час і спосіб додавання

Виробництво сталі:

Додайте на пізніх стадіях плавлення шихти печі (температура сталі 1500-1600 градусів), щоб забезпечити рівномірну дисперсію порошку та уникнути локальної агломерації;

кастинг:

Додайте за 1-2 хвилини до натискання розплавленого чавуну або додайте під час процесу заливки, щоб покращити ефект інокуляції.

(3) Вибір матеріалу

Вимоги до чистоти:

Порошок FeSi3N4 високої чистоти (вміст Si₃N₄ більше або дорівнює 90%, загальна кількість домішок менше або дорівнює 1%) використовується для високоякісних марок сталі-;

Вибір розміру:

Порошок 100-200 меш для звичайного виробництва сталі/лиття, тонкий порошок 200-300 меш для точного лиття для забезпечення рівномірної реакції.