برچسب: ورقهای آلیاژی

قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت و مقایسه با سایر محصولات

فولاد همچنان یکی از مهم‌ترین مواد در صنایع مدرن است و قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت در میان انواع مختلف آن، ورق‌های فولادی ST-52 به دلیل تطبیق‌پذیری، استحکام و مقرون‌به‌صرفه بودنشان برجسته هستند. این ورق‌ها که به دلیل استحکام کششی بالا و قابلیت جوش‌پذیری عالی شناخته می‌شوند، در بخش‌های مختلفی از جمله ساخت‌وساز تا تولید خودرو به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. با این حال، برای درک کامل پتانسیل آن‌ها، نیاز است که به بررسی دقیق‌تر ویژگی‌ها، کاربردها و مقایسه آن‌ها با سایر مواد مانند فولاد ملایم، فولاد ضدزنگ و آلیاژهای آلومینیوم بپردازیم.

مقاله قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت تحلیل عمیقی از ورق‌های فولادی ST-52 ارائه می‌دهد و قابلیت‌های آن‌ها را در محیط‌های صنعتی بررسی می‌کند. همچنین، مقایسه‌ای دقیق با سایر محصولات ارائه می‌شود. در پایان، شما درک روشنی از اینکه چرا ST-52 برای بسیاری از کاربردها انتخابی ارجح است و در کجا ممکن است نسبت به گزینه‌های دیگر کمبودهایی داشته باشد، خواهید داشت.

۱. مقدمه‌ای بر قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت

فولاد ST-52، که به عنوان ST52-3 یا ۱.۰۵۷۰ تحت استاندارد DIN 17100 شناخته می‌شود، یک فولاد ساختاری کم‌آلیاژ و با استحکام بالا است. این فولاد به عنوان یک فولاد غیرآلیاژی طبقه‌بندی می‌شود، اما حاوی منگنز است که به طور قابل توجهی ویژگی‌های مکانیکی آن را بهبود می‌بخشد. عدد “۵۲” در ST-52 نشان‌دهنده حداقل استحکام تسلیم ۵۲ کیلوگرم بر میلی‌متر مربع است که تقریباً ۵۱۰ مگاپاسکال می‌باشد و این امر آن را به طور قابل توجهی قوی‌تر از بسیاری از فولادهای ساختاری دیگر می‌کند.

۱.۱ ترکیب شیمیایی

ترکیب شیمیایی فولاد ST-52 برای تعادل بین استحکام، انعطاف‌پذیری و قابلیت جوش‌پذیری طراحی شده است. ترکیب معمولی آن شامل:

• کربن (C): ≤ ۰.۲۰%
• منگنز (Mn): ≤ ۱.۶۰%
• سیلیکون (Si): ≤ ۰.۵۵%
• فسفر (P): ≤ ۰.۰۴۰%
• گوگرد (S): ≤ ۰.۰۴۰%

منگنز عنصر آلیاژی کلیدی است که چقرمگی و قابلیت سخت‌شوندگی فولاد را بدون به خطر انداختن قابلیت جوش‌پذیری یا شکل‌پذیری بهبود می‌بخشد.

۱.۲ ویژگی‌های مکانیکی

ورق‌های فولادی ST-52 دارای ویژگی‌های مکانیکی چشمگیری هستند که آن‌ها را برای کاربردهای سخت مناسب می‌سازد:

• استحکام تسلیم: ≥ ۳۵۵ مگاپاسکال (برای ضخامت‌های ≤ ۱۶ میلی‌متر)
• استحکام کششی: ۴۹۰-۶۳۰ مگاپاسکال
• ازدیاد طول: ≥ ۲۲%
• مقاومت در برابر ضربه: ≥ ۲۷ ژول در ۰ درجه سانتی‌گراد (برای گرید ST52-3U)

این ویژگی‌ها تضمین می‌کنند که ST-52 می‌تواند بارها و تنش‌های قابل توجهی را تحمل کند و در عین حال انعطاف‌پذیری خود را حفظ نماید، که برای کاربردهایی که شامل نیروهای پویا یا ضربه هستند، حیاتی است.

۱.۳ اشکال و در دسترس بودن

فولاد ST-52 در اشکال مختلفی از جمله ورق، صفحه، میله و لوله موجود است. ورق‌ها معمولاً به صورت نورد گرم یا نورد سرد عرضه می‌شوند و ضخامت آن‌ها بسته به کاربرد، از چند میلی‌متر تا چند سانتی‌متر متغیر است.

۲. قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت

ورق‌های فولادی ST-52 به دلیل ترکیب استحکام، انعطاف‌پذیری و سهولت ساخت، در صنایع مختلف بسیار مورد توجه قرار می‌گیرند. در زیر برخی از بخش‌های کلیدی که ST-52 نقش مهمی در آن‌ها ایفا می‌کند، آورده شده است:

۲.۱ ساخت‌وساز

در ساخت‌وساز، ST-52 ماده‌ای اصلی برای اجزای ساختاری مانند:

• پل‌ها: استحکام بالای آن امکان طراحی‌های سبک‌تر و کارآمدتر را بدون کاهش ظرفیت تحمل بار فراهم می‌کند.
• ساختمان‌ها: در تیرها، ستون‌ها و چارچوب‌ها استفاده می‌شود که در آن‌ها دوام و مقاومت در برابر تغییر شکل حیاتی است.
• زیرساخت‌ها: برای کاربردهای سنگین مانند جرثقیل‌ها، برج‌های انتقال و کف‌پوش‌های صنعتی ایده‌آل است.

قابلیت جوش‌پذیری عالی این فولاد همچنین آن را برای سازه‌های جوشی پیچیده مناسب می‌سازد و زمان و هزینه ساخت را کاهش می‌دهد.

۲.۲ تولید

ST-52 در بخش تولید برای:

• ماشین‌آلات: قطعاتی مانند چرخ‌دنده‌ها، شفت‌ها و چارچوب‌ها از تعادل استحکام و قابلیت ماشین‌کاری آن بهره می‌برند.
• خودرو: قطعات شاسی، سیستم‌های تعلیق و سایر اجزای تحت تنش بالا اغلب از ST-52 ساخته می‌شوند، به دلیل دوام و مقاومت در برابر خستگی.
• مخازن تحت فشار: اگرچه برای کاربردهای با فشار بالا مناسب نیست، ST-52 در سیستم‌های با فشار متوسط که در آن‌ها مقرون‌به‌صرفه بودن کلیدی است، استفاده می‌شود.

۲.۳ حمل‌ونقل

در حمل‌ونقل، ST-52 در:

• تریلرها و جرثقیل‌ها: نسبت استحکام به وزن بالای آن امکان طراحی‌های سبک‌تری را فراهم می‌کند که می‌توانند بارهای سنگین‌تری را حمل کنند.
• اجزای راه‌آهن: در ساخت واگن‌های راه‌آهن و سایر تجهیزات سنگین که در آن‌ها قابلیت اطمینان حیاتی است، استفاده می‌شود.

۲.۴ عملکرد در محیط‌های مختلف

ST-52 در شرایط مختلف عملکرد خوبی دارد، اما محدودیت‌هایی نیز دارد:

• دما: در دماهای معتدل ویژگی‌های خود را حفظ می‌کند، اما ممکن است برای شرایط بسیار سرد یا گرم نیاز به عملیات حرارتی داشته باشد.
• خوردگی: اگرچه ذاتاً مقاوم در برابر خوردگی نیست، ST-52 می‌تواند با پوشش‌ها یا گالوانیزه کردن برای استفاده در محیط‌های مرطوب یا دریایی محافظت شود.

۳. مقایسه قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت با سایر محصولات فولادی

برای درک کامل ارزش ورق‌های فولادی ST-52، ضروری است که آن‌ها را با سایر مواد پرکاربرد مقایسه کنیم. در زیر، بررسی می‌کنیم که ST-52 در برابر فولاد ملایم، فولاد پرکربن، فولاد ضدزنگ، آلیاژهای آلومینیوم و سایر فولادهای ساختاری چگونه عمل می‌کند.

۳.۱ ST-52 در برابر فولاد ملایم (مثلاً A36)

• استحکام: ST-52 دارای استحکام تسلیم بالاتری (۳۵۵ مگاپاسکال) در مقایسه با فولاد ملایم (۲۵۰ مگاپاسکال) است، که آن را برای کاربردهای با تنش بالا بهتر می‌سازد.
• قابلیت جوش‌پذیری: هر دو به راحتی جوش‌پذیر هستند، اما ST-52 استحکام بیشتری را بدون افزایش وزن ارائه می‌دهد.
• هزینه: فولاد ملایم معمولاً ارزان‌تر است، اما استحکام بالاتر ST-52 می‌تواند در پروژه‌های بزرگ منجر به صرفه‌جویی در مواد شود.

نتیجه: ST-52 زمانی ترجیح داده می‌شود که استحکام بالاتری بدون افزایش وزن سازه مورد نیاز باشد.

۳.۲ قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت در برابر فولاد پرکربن

• سختی: فولاد پرکربن سخت‌تر و مقاوم‌تر در برابر سایش است، اما شکننده‌تر نیز می‌باشد.
• انعطاف‌پذیری: ST-52 انعطاف‌پذیری و چقرمگی بهتری ارائه می‌دهد و کمتر در معرض ترک‌خوردگی تحت تنش قرار می‌گیرد.
• قابلیت جوش‌پذیری: فولاد پرکربن به دلیل محتوای کربن بالا، جوش‌پذیری دشوارتری دارد، در حالی که ST-52 به راحتی جوش‌پذیر است.

نتیجه: ST-52 برای کاربردهایی که به تعادل استحکام و انعطاف‌پذیری نیاز دارند، به ویژه زمانی که جوشکاری مورد نیاز است، بهتر است.

۳.۳ قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت در برابر فولاد ضدزنگ

• مقاومت در برابر خوردگی: فولاد ضدزنگ به دلیل محتوای کروم، در محیط‌های خورنده بسیار برتر است.
• استحکام: ST-52 معمولاً استحکام کششی بالاتری نسبت به بسیاری از فولادهای ضدزنگ، به ویژه گریدهای آستنیتی، دارد.
• هزینه: فولاد ضدزنگ به طور قابل توجهی گران‌تر است، که ST-52 را به یک جایگزین مقرون‌به‌صرفه تبدیل می‌کند زمانی که مقاومت در برابر خوردگی اولویت اصلی نیست.

نتیجه: ST-52 را برای استحکام و صرفه‌جویی در هزینه انتخاب کنید، اما در محیط‌های بسیار خورنده، فولاد ضدزنگ را ترجیح دهید.

۳.۴ ST-52 در برابر آلیاژهای آلومینیوم

• وزن: آلومینیوم بسیار سبک‌تر است و چگالی آن حدود یک‌سوم فولاد است.
• استحکام: ST-52 قوی‌تر است و استحکام تسلیم و کششی بالاتری دارد.
• خوردگی: آلومینیوم به طور طبیعی یک لایه اکسیدی محافظ تشکیل می‌دهد که مقاومت بهتری در برابر خوردگی ارائه می‌دهد.
• هزینه: آلومینیوم معمولاً به ازای هر واحد وزن گران‌تر است، اما می‌تواند در کاربردهای حساس به وزن مقرون‌به‌صرفه باشد.

نتیجه: ST-52 برای کاربردهای حیاتی از نظر استحکام ایده‌آل است، در حالی که آلومینیوم برای طراحی‌های سبک که در آن‌ها مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز است، بهتر است.

۳.۵ ST-52 در برابر سایر فولادهای ساختاری (مثلاً S235JR، S355)

• S235JR: دارای استحکام تسلیم پایین‌تری (۲۳۵ مگاپاسکال) است، که ST-52 را برای بارهای بالاتر بهتر می‌سازد.
• S355: از نظر استحکام (استحکام تسلیم ۳۵۵ مگاپاسکال) مشابه ST-52 است، اما ST-52 ممکن است بسته به گرید، چقرمگی یا ویژگی‌های خاصی را بهتر ارائه دهد.
• کاربردها: هر دو در ساخت‌وساز استفاده می‌شوند، اما ST-52 اغلب به دلیل مقاومت بهتر در برابر ضربه انتخاب می‌شود.

نتیجه: ST-52 و S355 به طور نزدیکی همسان هستند، اما ST-52 ممکن است به دلیل تعادل استحکام و انعطاف‌پذیری‌اش ترجیح داده شود.

۴. مزایا و محدودیت‌های ورق‌های فولادی ST-52

در حالی که ورق‌های فولادی ST-52 مزایای فراوانی دارند، محدودیت‌هایی نیز دارند که باید هنگام انتخاب مواد برای یک پروژه در نظر گرفته شوند.

۴.۱ مزایا

• نسبت استحکام به وزن بالا: امکان طراحی‌های سبک‌تر را بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری فراهم می‌کند.
• قابلیت جوش‌پذیری عالی: می‌توان آن را با تکنیک‌های رایج به راحتی جوش داد و زمان ساخت را کاهش داد.
• انعطاف‌پذیری و چقرمگی خوب: در برابر ترک‌خوردگی و تغییر شکل تحت تنش، حتی در دماهای پایین، مقاومت می‌کند.
• مقرون‌به‌صرفه: ارزان‌تر از فولادهای پرآلیاژ و فولاد ضدزنگ است و تعادل خوبی از عملکرد و قیمت ارائه می‌دهد.
• کاربردهای متنوع: برای طیف گسترده‌ای از صنایع، از ساخت‌وساز تا تولید، مناسب است.

۴.۲ محدودیت‌ها

• مقاومت در برابر خوردگی: در محیط‌های خورنده نیاز به پوشش‌های محافظ (مانند گالوانیزه کردن یا رنگ) دارد.
• حساسیت به دما: برای کاربردهای با دمای بالا بدون عملیات حرارتی مناسب، ایده‌آل نیست.
• سختی: اگرچه قوی است، ST-52 به اندازه فولادهای پرکربن یا ابزار سخت نیست، که استفاده از آن را در کاربردهای با سایش بالا محدود می‌کند.

۵. مطالعات موردی و نمونه‌های کاربرد ورق‌های فولادی ST-52

برای نشان دادن قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت، به چند نمونه واقعی نگاه می‌کنیم:

۵.۱ صنعت خودرو

در بخش خودرو، ST-52 برای اجزای شاسی و سیستم‌های تعلیق استفاده می‌شود. استحکام بالای آن امکان ساخت قطعات نازک‌تر و سبک‌تری را فراهم می‌کند که می‌توانند سختی‌های استفاده روزانه را تحمل کنند و در عین حال بهره‌وری سوخت را بهبود بخشند.

۵.۲ ساخت‌وساز

ST-52 یک انتخاب محبوب برای ساخت پل است. استحکام تسلیم بالای آن به مهندسان امکان می‌دهد پل‌هایی را با مواد کمتر طراحی کنند و هم وزن و هم هزینه را کاهش دهند. برای مثال، در پروژه‌های زیرساختی بزرگ، استفاده از ST-52 می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در حمل‌ونقل و نصب شود.

۵.۳ ماشین‌آلات

در تولید بوم‌های جرثقیل، ترکیب استحکام و قابلیت جوش‌پذیری ST-52 حیاتی است. توانایی این ماده در تحمل بارهای سنگین و در عین حال قابلیت ساخت آسان به اشکال پیچیده، آن را برای ماشین‌آلات سنگین ضروری می‌سازد.

۶. روندها و توسعه‌های آینده قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت

با تکامل صنایع، تقاضا برای مواد پیشرفته نیز افزایش می‌یابد. برای ورق‌های فولادی ST-52، چندین روند آینده آن‌ها را شکل می‌دهد:

۶.۱ پوشش‌های پیشرفته

تحقیقات در زمینه پوشش‌های نانو و رنگ‌های خودترمیم‌شونده می‌تواند مقاومت ST-52 در برابر خوردگی را افزایش دهد و آن را برای محیط‌های سخت‌تر بدون نیاز به عناصر آلیاژی گران‌قیمت مناسب سازد.

۶.۲ مواد ترکیبی از قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت

ترکیب ST-52 با سایر مواد، مانند کامپوزیت‌های تقویت‌شده با فیبر، می‌تواند ساختارهای ترکیبی ایجاد کند که استحکام بهبودیافته، صرفه‌جویی در وزن و مقاومت در برابر خوردگی را برای کاربردهای تخصصی ارائه دهند.

۶.۳ پایداری از قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت

تلاش‌ها برای تولید ST-52 با ردپای کربن کمتر در حال انجام است، از جمله استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی و فولاد بازیافتی. این امر با اهداف پایداری جهانی همسو است و می‌تواند ST-52 را برای صنایع آگاه به محیط زیست جذاب‌تر کند.

نتیجه بررسی قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت

قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت سنگ بنای صنایع مدرن هستند و ترکیبی منحصربه‌فرد از استحکام، انعطاف‌پذیری و مقرون‌به‌صرفه بودن را ارائه می‌دهند. استحکام کششی بالا و قابلیت جوش‌پذیری عالی آن‌ها را برای طیف وسیعی از کاربردها، از ساخت‌وساز و تولید تا بخش‌های خودرو و حمل‌ونقل، ایده‌آل می‌سازد. اگرچه در محیط‌های خورنده نیاز به اقدامات محافظتی دارند، تطبیق‌پذیری و عملکرد آن‌ها اغلب این محدودیت را کم‌اهمیت‌تر می‌کند.

قابلیت های ورق های فولادی ST-52 در صنعت در مقایسه با سایر مواد، ST-52 به دلیل تعادل ویژگی‌هایش برجسته است. این ماده استحکام بالاتری نسبت به فولاد ملایم، انعطاف‌پذیری بهتر نسبت به فولاد پرکربن و کارایی هزینه‌ای بیشتر نسبت به فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم ارائه می‌دهد. برای مهندسان و طراحان، ST-52 یک راه‌حل قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر فراهم می‌کند که نیازهای پروژه‌های ساده و پیچیده را برآورده می‌سازد.

با پیشرفت فناوری، می‌توان انتظار داشت که از قابلیت های ورق‌های فولادی ST-52 در صنعت کاربردهای نوآورانه‌تری برای ورق‌های فولادی ST-52 مشاهده شود، به ویژه با بهبود قابلیت‌های آن‌ها از طریق پوشش‌های جدید و مواد ترکیبی. در حال حاضر، آن‌ها یک انتخاب اصلی برای صنایعی هستند که به دنبال استحکام، قابلیت اطمینان و ارزش هستند.

منابع

stavianmetal

گروه مجله صنعت فولاد

فروآلیاژ (ferroalloy) به آن دسته از آلیاژهای آهنی اطلاق می‌شود که دارای نسبت قابل توجهی از یک یا چند عنصر دیگر مانند سیلیکون، منگنز، کروم، آلومینیوم یا تیتانیوم‌اند. کاربردهای اصلی فروآلیاژها در فرآیند فولادسازی رخ می‌دهد. این نوع از آلیاژهای آهنی به فولاد اضافه می شوند تا خواصی مانند استحکام، شکل‌پذیری و مقاومت محصول نهایی را در برابر خستگی یا خوردگی را بهبود بخشند. علاوه بر این، فروآلیاژها می‌توانند چندین کار دیگر مانند پالایش، اکسیدزدایی، اصلاح و کنترل اجزاء و رسوبات غیرفلزی را به فولاد اضافه کنند.

آهن، آلیاژهای آهنی، فرو آلیاژها

کشف آهن از بزرگترین گام‌های بشر در مسیر ساخت تمدن و دستیابی به صنایع بزرگ بود. گروه بزرگی از آلیاژها، مخلوط‌های فلزی هستند که از افزودن عناصر دیگر به آهن به دست آمده‌اند. فولاد و چدن به عنوان دو نمونه از پرکاربردترین آلیاژهای صنعتی از ترکیب آهن با کربن ساخته می‌شوند.

اما گروه دیگری از آلیاژها با پایه آهن نیز وجود دارند که با نام کلی فروآلیاژها شناخته می‌شوند.  فرو آلیاژ به گروهی از مخلوط‌های جامد فلزی گفته می‌شود که در آن‌ها آهن (معمولاً با نسبت کمتر از ۵۰ درصد در کل مخلوط) با نسبت بالایی از یک یا چند عنصر دیگر مانند منگنز (Mn)، آلومینیوم (Al) یا سیلیکون (Si) ترکیب شده است. به عنوان مثال، فروسیلیکون Fe2Si، Fe5Si3، FeSi، FeSi2از ترکیب سیلیکون و آهن تشکیل می‌شود.

فرومنگنز آلیاژی از منگنز و آهن است که حاوی مقدار کمی از عناصر دیگر مانند کربن، سیلیکون و فسفر است. آلیاژهای فرومنگنز که حاوی سیلیکون کافی باشند را آلیاژهای سیلیکون منگنز می‌نامند. فروکروم آلیاژی از کروم و آهن است که مقدار کمی از عناصر دیگر مانند کربن، سیلیکون و فسفر نیز دارد.

تولیدکنندگان پیشرو فروآلیاژها چین، آفریقای جنوبی، هند، روسیه و قزاقستان  هستندکه ۸۴ درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده‌اند. تولید جهانی فروآلیاژها در سال ۲۰۱۵، تقریبا ۵۲.۸ میلیون تن بوده است.

مزیت‌های استفاده از فروآلیاژها

آلیاژهای آهنی (همچون سایر آلیاژهای اصلی) برای بهبود خواص فولادها و آلیاژها با معرفی عناصر آلیاژی خاص در مقادیر مطلوب و در عملی‌ترین روش فنی و اقتصادی توسعه یافته‌اند.

تولید فروآلیاژ بخش مهمی از زنجیره تولید بین معدن و متالورژی فولاد و آلیاژها است: وظیفه اصلی صنعت فرو آلیاژ بازیافت اولیه فلزات مورد نیاز از مواد معدنی طبیعی است. از آنجایی که کانه‌ها شامل کانی‌های غیرفلزی نیز می‌شوند، بهره‌وری و غنی‌سازی برای تولید کنسانتره‌های معدنی مفید، ضروری است. این کار با یک یا چند روش متوالی (جداسازی گرانشی، مغناطیسی، الکتریکی و شناوری یا در برخی موارد با روش‌های شیمیایی) انجام می‌شود. پس از انجام این مراحل، محصولی به دست می‌آید که در آن محتوای اصلی فلز در مقایسه با سنگ معدن اصلی بسیار بیشتر است.

این امر امکان تولید فروآلیاژهای با عیار بالاتر و با محتوای بیشتر عناصر مطلوب و محتوای کمتر عناصر ناخالص (معمولاً فسفر، گوگرد و فلزات غیر آهنی) را فراهم می کند و مصرف انرژی و هزینه های تولید را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

دلایل متعددی وجود دارد که چرا از فروآلیاژها برای افزودن عناصر ضروری به فولاد استفاده می‌شود. به دست آوردن عنصر آلیاژی به شکل خالص ممکن است دشوار باشد و اگر هدف اضافه کردن مجدد آن به مذاب فولاد مبتنی بر آهن باشد، تصفیه آن از آهن منطقی نیست. عنصر آلیاژی به تنهایی ممکن است تمایل زیادی به اکسیژن یا نیتروژن داشته باشد که منجر به اکسیداسیون زودرس آن قبل از استفاده شود. در نهایت هزینه ۱ کیلوگرم عنصر آلیاژی در فرم فروآلیاژی آن چندین برابر کمتر از هزینه‌های مربوط به شکل خالص آن است.

فروآلیاژها معمولاً به دو گروه تقسیم می‌شوند:

فروآلیاژهای حجیم (عمده) که در مقادیر زیاد تولید می‌شوند و فروآلیاژهای جزئی  که در مقادیر کمتر تولید می شوند اما اهمیت زیادی دارند. فروآلیاژهای حجیم به طور انحصاری در فولادسازی و ریخته گری فولاد یا آهن استفاده می‌شود، در حالی که استفاده از فروآلیاژهای ویژه بسیار متنوع است. حدود ۸۵ تا ۹۰ درصد از تمام ferroalloy در فولادسازی استفاده می‌شود. فروآلیاژهای باقیمانده برای آلیاژهای غیر آهنی (به عنوان مثال، آنهایی که بر پایه نیکل یا تیتانیوم هستند) و در صنایع شیمیایی استفاده می‌شود .

تولید

از نظر تاریخی، فناوری تولید فروآلیاژهای مورد استفاده در قرن نوزدهم برای کوره‌های بلند (فرومنگنز با کربن بالا، فروسیلیکون با عیار پایین) توسعه یافت، زیرا در آن زمان‌ها مسیر اصلی ساخت این آلیاژها، برای پردازش چدن بود. با این حال در کوره بلند نمی توان فروآلیاژهایی با عناصری که تمایل بیشتری به اکسیژن دارند یا با محتوای کربن پایین تولید کرد. این امر منجر به توسعه ferroalloyهایی برای تولید (ذوب) در کوره های الکتریکی در آغاز قرن بیستم شد.

امروزه تقریباً تمام فروآلیاژها در کوره‌های قوس زیر آب تولید می‌شوند. در این کوره‌ها مواد خام (سنگ معدن)، احیاکننده‌ها (کک، ferroalloyهای مبتنی بر سیلیکون، آلومینیوم)، افزودنی‌های آهن (سنگ آهن یا ضایعات فولادی)، و فلاکس‌ها (آهک)، منیزیا، دولومیت، سنگ آهک، فلورسپار و غیره) بارگیری و ذوب می شوند و به دنبال آن سرباره و فلز کوبیده می‌شود.

بعدها مسائل مربوط به استفاده از انرژی و منابع، افزایش تقاضا برای خلوص بیشتر و هزینه‌های فروآلیاژها چالش‌های جدیدی را برای بهبود کیفیت ferroalloyها و رقابتی شدن قیمت آن‌ها ایجاد کرد.

در صنعت آهن و فولاد، تمام آلیاژهای واسطه‌ای که در فولادسازی استفاده می‌شوند، صرف نظر از اینکه حاوی آهن هستند (مانند آلیاژهای سیلیکون کلسیم) یا نه، به طور کلی با عنوان “فروآلیاژ” شناخته می‌شوند.علاوه بر این، عنوان ferroalloy شامل برخی از افزودنی‌های فلزی خالص و افزودنی‌های اکسید نیز می‌شود. بنابراین، اگر می‌خواهید فلز کلسیم خالص، فلز سیلیکون، فلز منگنز الکترولیتی و افزایش‌دهنده کربن را خریداری کنید، یافتن تأمین کنندگان فروآلیاژ انتخاب مناسبی است.

کاربرد فرو آلیاژها در تولید فولاد

استفاده از فروآلیاژهای سیلیکون در فولادسازی

فروآلیاژهای سیلیکونی برای اکسیدزدایی و همچنین به عنوان عوامل آلیاژی استفاده می‌شوند. در فرآیند اکسیدزدایی از واکنش پذیری بالای سیلیکون با اکسیژن استفاده می‌شود. البته آلومینیوم اکسیدزدای قوی‌تری است، اما استفاده از آن منجر به گرفتگی نازل و نقص در ناشی از رسوب آلومینیوم در محصولات می‌شود. اگر برنامه‌ای مورد نظر باشد که هدف آن جلوگیری از این مشکلات باشد معمولاُ استفاده از سیلیکون را توصیه می‌کند. عملیات اکسیدزدایی با سیلیکون زمانی مؤثرتر می‌شود که به منظور تشکیل سیلیکات پیچیده، همراه با منگنز استفاده شود.

علاوه بر این سیلیکون با هدف بهبود عملکرد مغناطیسی فولاد برای استفاده در لوازم الکتریکی و صنعت برق استفاده می‌شود. با این حال، محتوای سیلیکون در فولاد به ۳٪ محدود می شود، زیرا فولاد با درصد سیلیکون بیشتر، شکننده می شود.

انواع

فروآلیاژها را می‌توان بر اساس معیارهای مختلف دسته بندی کرد:

انواع فروآلیاژ بر اساس میزان کربن

فروآلیاژها با توجه به محتوای کربن آن‌ها به گروه‌های مختلف تقسیم می‌شوند: کربن بالا، کربن متوسط،  کم کربن، میکرو کربن و ….

آلیاژ کربن بالا به فروآلیاژی گفته می شود که محتوی کربن ۴-۸٪ باشد. فروآلیاژ محتوی کربن ۱-۲٪ آلیاژ کربن متوسط و محتوی کربن ۰.۱-۱٪ یک آلیاژ کم کربن است. به فروآلیاژی که محتوای کربن زیر ۰.۱٪ باشد نیز  فروآلیاژ میکرو کربن گفته می‌شود.

انواع فروآلیاژ بر اساس روش تولید

با توجه به روش تولید، می‌توان فروآلیاژها را چنین دسته بندی کرد: فروآلیاژهای کوره بلند، فروآلیاژهای کوره الکتریکی، فروآلیاژهای خارج از کوره (فلز حرارتی)، فروآلیاژهای کاهش حالت جامد خلاء، فروآلیاژهای مبدل، فروآلیاژهای الکترولیتی و غیره تقسیم کرد. علاوه بر این، آلیاژهای آهن خاصی مانند آلیاژهای فشرده اکسیدی و آلیاژهای آهن مولد حرارت وجود دارد.

فروآلیاژها بسته به خواص شیمیایی و همچنین پارامترهای حرارتی و الکتریکی فرآیند خاص، در انواع مختلفی از کوره ها تولید می شوند. در فرایند تولید این محصولات، بیشتر از کوره‌های قوس غوطه‌ور (SAFs) و کوره‌های گرمایش مقاومتی (RHFs) مورد استفاده‌اند که در آن‌ها گرمایش بار، سرباره و آلیاژ با اعمال جریان الکتریکی انجام می‌شود. در این کوره‌های الکتریکی، نوک الکترودها به داخل کوره بیرون زده و با بار (شارژ) مواد خام که از بالا وارد کوره شده‌اند، مخفی می شوند. تفاوت اصلی بین SAFو RHFدر این است که قوس الکتریکی در نوک یا کنار الکترود وجود دارد یا خیر.

به عنوان مثال، در تولید سیلیکون و فروسیلیس، دمای مورد نیاز برای اجرای فرآیند با بازده سیلیکونی قابل قبول بالای ۱۹۰۰ درجه سانتی گراد است. چنین درجه حرارتی به یک منبع گرمای شدید نیاز دارد و بنابراین به جای گرم شدن با مقاومت اهمی (گرمایش ژول) تشکیل قوس الکتریکی را دیکته می‌کند. دومی زمانی ادامه می‌یابد که جریان الکتریکی از طریق بار یا سرباره اطراف الکترودها هدایت شود.

انواع فروآلیاژ بر اساس فلز اصلی

با توجه به عناصر اصلی موجود در فروآلیاژها، می توان آن را به: فرو سیلیکون، فرو منگنز، فرو کروم، فرو آنادیوم، فرو تیتانیوم، فرو تنگستن، فرومولیبدن و سایر آلیاژها تقسیم کرد.

 فروآلیاژهای چند جزئی را  نیز گاه با توجه به طبقه بندی دو یا چند عنصر آلیاژی موجود در آن‌ها تقسیم می‌کنند. انواع اصلی آلیاژ آلومینیوم سیلیکون، آلیاژ سیلیکون کلسیم، آلیاژ آلومینیوم سیلیکون منگنز، آلیاژ آلومینیوم کلسیم سیلیکون، آلیاژ باریم کلسیم سیلیکون، آلیاژ باریم سیلیکون کلسیم‌اند.

فرومنگنز

فروآلیاژهای منگنز از گریدهای مختلف فرومنگنز و سیلیکومنگنز تشکیل شده است. فرومنگنز پر کربن، عموماً با ۷۰ تا ۸۰ درصد منگنز و ۶ تا ۷ درصد کربن، از پرکاربردترین آلیاژهاست. این ترکیب، عاملی اکسید زدا در فولادسازی و عنصر آلیاژی مهمی است. همچنین خاصیت کنترل اثر مضر گوگرد را دارد. منگنز با گوگرد ترکیب می شود و سولفید منگنز را تشکیل می دهد. فولادهای با ۱۲ تا ۱۴ درصد منگنز به دلیل  مقاومت در برابر سایش و خوردگی در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فروآلیاژهای منگنز نیز با احیای کربوترمیک سنگ معدن منگنز حاوی اکسیدهای آهن و منگنز در کوره‌های قوس الکتریکی غوطه‌ور تولید می‌شوند. سرباره‌های تولید شده در طول فرآیند حاوی مقادیر قابل توجهی اکسید منگنز هستند. این سرباره ها را می توان به فروسیلیس منگنز (که به آن سیلیکومنگنز نیز می‌گویند) و سپس به فرومنگنز تصفیه شده یا کم کربن (LC) یا حتی به فلز منگنز پردازش کرد.

سیلیکومنگنز به طور کلی در دو گرید ساخته می شود که هر دو حاوی ۶۵-۷۵٪ منگنز هستند اما با ۱۵-۲۰٪ یا ۲۰-۲۵٪ سیلیکون. فولادسازانی که برای تامین هدف اکسیدزدایی به افزودن منگنز و سیلیکون به طور همزمان نیاز دارند ترجیح می‌دهند از این آلیاژها استفاده کنند. محصول اکسیدزدایی البته سرباره سیلیکات منگنز سیال است.

فروکروم

فروکروم (FeCr) که آلیاژی از کروم و آهن و عموماً حاوی ۵۰ تا ۷۰ درصد وزنی کروم است، با احیای کربوترمیک قوس الکتریکی کرومیت تولید می شود. بیشتر تولید جهانی این فروآلیاژ  در آفریقای جنوبی، قزاقستان و هند تولید می شود که دارای منابع داخلی بزرگ کرومیت هستند. مقادیر فزاینده ای از روسیه و چین می آید. تولید فولاد، به ویژه فولاد ضد زنگ با محتوای کروم ۱۰ تا ۲۰ درصد، بزرگترین مصرف کننده و کاربرد اصلی فروکروم است.

بیش از ۸۰ درصد فروکروم جهان در تولید فولاد ضد زنگ استفاده می شود. فولاد ضد زنگ به دلیل ظاهر و مقاومت در برابر خوردگی به کروم وابسته است. میانگین محتوای کروم در فولاد ضد زنگ تقریباً ۱۸ درصد است.. فروکروم تولیدی آفریقای جنوبی، معروف به “کروم شارژ” و تولید شده از سنگ معدن کروم حاوی کربن کم، بیشتر در تولید فولاد ضد زنگ استفاده می شود. از طرف دیگر، فروکروم کربن بالا تولید شده از سنگ معدن با عیار بالا در قزاقستان  که نسبت به محصولات مشابه درصد بالاتری از کربن دارد بیشتر در کاربردهای تخصصی مانند فولادهای مهندسی استفاده می‌شود.

در چنین کاربردهایی به فروکروم‌هایی نیاز داریم که در آن‌ها نسبت کروم به آهن بالاست و عناصر دیگر (گوگرد، فسفر، تیتانیوم و غیره) در حداقل سطح ممکن هستند. تولید فلزات نهایی در کوره‌های قوس الکتریکی کوچک در مقایسه با کوره بلندهای مقیاس بزرگ انجام می‌شود.

فروآلمینیوم

فروآلومینیوم (FeAl) فروآلیاژی است که از آهن و آلومینیوم تشکیل شده است. این فلز معمولاً از ۴۰% تا ۶۰% آلومینیوم تشکیل شده است .فروآلومینیوم به صورت عمده برای اکسید زدایی از فولاد،کاربردهای سخت‌افزاری و همچنین به عنوان عامل کاهنده و افزودنی‌های آلیاژی به سیم‌ها به کار می‌رود.. وجود آهن در آلومینیوم به کاهش عیوب ریخته گری، بهبود کشش، سختی و حفظ استحکام در دماهای بالا کمک می کند.

اکثر فروآلومینیوم جهان توسط استرالیا، چین، روسیه، ایالات متحده و کانادا تولید می‌شود. هزینه برق عامل اصلی در فرآیند ذوب آلومینیوم است.

فروسیلیس

فروسیلیس آلیاژی از آهن و سیلیکون است که معمولا ۱۵ تا ۹۰ درصد وزن آن را سیلیکون تشکیل می‌دهد.

فروسیلیس از احیای سیلیس یا ماسه با کک در حضور آهن تولید می‌شود. فروسیلیس با محتوای سیلیکون تا حدود ۱۵٪ در کوره های بلند که با آجرهای ضد آتش اسیدی اندود شده‌اند ساخته می‌شوند. فروسیلیس با محتوای سیلیکون بالاتر در کوره‌های قوس الکتریکی ساخته می‌شود.فرمولاسیون معمول موجود در بازار فروسیلیس با ۱۵%، ۴۵%، ۷۵% و ۹۰% سیلیکون است. باقیمانده آهن است که حدود ۲ درصد آن از عناصر دیگری مانند آلومینیوم و کلسیم تشکیل شده است.

فروسیلیس به عنوان منبع سیلیکون برای کاهش فلزات از اکسیدهای آنها و اکسیدزدایی فولاد و سایر آلیاژهای آهنی استفاده می شود. این مانع از دست دادن کربن از فولاد مذاب می‌شود و به اصطلاح گرما را مسدود می‌کند. فرومنگنز، اشپیگلیزن، سیلیسیدهای کلسیم و بسیاری از مواد دیگر برای همین منظور استفاده می شوند. می‌توان از فروسیلیس برای ساخت فروآلیاژهای دیگر استفاده کرد. فروسیلیس همچنین برای ساخت سیلیکون، آلیاژهای سیلیکون آهنی مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و فولاد سیلیکونی برای الکتروموتورها و هسته های ترانسفورماتور استفاده می‌شود. در ساخت چدن از فروسیلیس  برای تلقیح آهن به منظور تسریع گرافیت شدن استفاده می‌شود. در جوشکاری قوس الکتریکی، فروسیلیس را می‌توان در برخی از پوشش‌های الکترود یافت.

فروسیلیس پایه‌ای برای ساخت پیش‌آلیاژهایی مانند فروسیلیس منیزیم (MgFeSi) است که برای تولید آهن انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود. MgFeSiحاوی ۳ تا ۴۲ درصد منیزیم و مقادیر کمی از فلزات کمیاب است. فروسیلیس همچنین به عنوان یک افزودنی برای چدن ها برای کنترل محتوای اولیه سیلیکون مهم است.

فروسیلیس منیزیم در تشکیل گره‌هایی که خاصیت انعطاف‌پذیری به آهن شکل‌پذیر می‌دهند، نقش دارد. بر خلاف چدن خاکستری که ورقه‌های گرافیت را تشکیل می‌دهد، چدن داکتیل حاوی گره‌های گرافیت یا منافذ است که ترک خوردن را دشوارتر می‌کند.

گروه مجله صنعت فولاد