I. Основные области применения: сталелитейная промышленность (доля более 90%)
Сталелитейная промышленность является крупнейшим потребителем феррохромовых сплавов. Феррохром с различным содержанием углерода- соответствует разным маркам стали, и его основная функция заключается в улучшении свойств стали посредством «легирования».
1. Производство нержавеющей стали (основное применение)
Основное свойство нержавеющей стали -коррозионная стойкость- в основном зависит от «пассивационной пленки» (Cr₂O₃), образуемой хромом на поверхности стали. Эта пленка изолирует кислород и воду, предотвращая появление ржавчины. Феррохромовые сплавы служат основным источником хрома при выплавке нержавеющей стали, при этом содержание углерода напрямую определяет тип нержавеющей стали:
Высокоуглеродистое хромистое железо-(C > 4%): используется для выплавки мартенситной нержавеющей стали (например, стали 410, 420). Этот тип отличается твердостью и прочностью, широко используется в столовых приборах, клапанах, механических деталях и т. д. (требует умеренной коррозионной стойкости и чувствителен к стоимости-).
Средне-хромоуглеродистое железо (0,5–4 %): используется для производства ферритной нержавеющей стали (например, стали 430), обычно встречающейся в корпусах приборов и декоративных материалах (обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, чем мартенситная сталь, при более низкой стоимости, чем аустенитная сталь).
Низко-углеродистое/сверх{1}}низко-хромистое железо (C < 0,5 %, ультра-низкое C < 0,15 %): используется для производства аустенитных нержавеющих сталей (например, стали 304, 316) и сверх-низко-углеродистых нержавеющих сталей (например, 316L). Эти нержавеющие стали обладают исключительной коррозионной стойкостью, требующей строгого контроля содержания углерода (углерод реагирует с хромом с образованием карбидов, истощая хром и разрушая пассивирующий слой). Они широко используются в химическом оборудовании, медицинском оборудовании, оборудовании для пищевой промышленности и высококачественной кухонной утвари.
Например: нержавеющая сталь 304 содержит примерно 18% хрома, причем почти весь хром получен из сплава хромистого железа; В 316L (сверх-низкоуглеродистое) должно использоваться микро-углеродистое хромовое железо, чтобы обеспечить содержание углерода < 0,03 %.
2. Инструментальная сталь и штамповая сталь: повышение твердости и износостойкости.
Инструментальные стали (например, быстрорежущая-стали) и штамповые стали (штампы для холодной/горячей обработки) выдерживают трение и удары высокой-интенсивности. Добавление сплавов железа и хрома улучшает характеристики сердечника за счет «упрочнения на раствор» и «упрочнения карбидом»:
Высокоуглеродистое хромистое железо: используется для инструментальных сталей для холодной-обработки (например, стали Cr12) с содержанием хрома примерно 12 %. Он образует карбиды Cr₇C₃ высокой-твёрдости, что позволяет формам противостоять износу в результате холодной штамповки и холодной экструзии. Подходит для изготовления штампов, ножниц и т. д.
Средне---феррохром: используется в быстрорежущих-сталях (например, W18Cr4V), где хром повышает красную твердость (способность сохранять твердость при повышенных температурах). Это предотвращает размягчение во время-резки на высоких скоростях, что делает его пригодным для фрез станков, сверл и подобных применений.
3. Подшипниковая сталь: увеличенный усталостный срок службы
Подшипники во время работы выдерживают высокочастотные переменные нагрузки, требующие исключительной износостойкости и усталостной прочности. Сплавы хромистого железа (в первую очередь среднеуглеродистое хромистое железо) служат важными добавками в подшипниковых сталях, таких как GCr15:
При содержании хрома около 1,5% он образует мелкие однородные карбиды Cr₂₃C₆ с углеродом. Эти карбиды равномерно распределяются по всей стальной матрице, повышая твердость (предотвращая износ) и одновременно препятствуя распространению трещин (увеличивая усталостный срок службы). Они широко используются в шариках/дорожках качения подшипников автомобилей, станков и электродвигателей.
4. Высокопрочная-конструкционная сталь: повышение прочности и устойчивости к атмосферным воздействиям
Такие отрасли, как строительная техника (экскаваторы, башенные краны), мосты и высотные-здания, требуют конструкционной стали с «высокой прочностью + высокой ударной вязкостью». Сплавы хромистого железа (средне-низкоуглеродистые) взаимодействуют с такими элементами, как марганец и кремний:
Увеличение предела текучести (например, высокопрочная сталь Q690) при предотвращении повышенной хрупкости;
Низкое содержание хрома (1–3%) повышает устойчивость к атмосферным воздействиям (стойкость к атмосферной коррозии) наружных мостов, контейнеров и т. д. (так называемая «погодостойкая сталь»).
5. Стали специального назначения: нишевые области применения жаростойкости и коррозионной стойкости.
Жаростойкие-стали (например, трубы котлов электростанций, детали авиационных двигателей): сплавы хрома и железа (средне-низкоуглеродистые) в сочетании с никелем, вольфрамом и т. д. образуют стабильные оксидные пленки, которые предотвращают окисление при высоких температурах, одновременно повышая-высокотемпературную прочность;
Кислотостойкая-сталь (например, резервуары для хранения химикатов, травильные ванны): основана на высоком содержании хрома (17%-25%), поэтому для обеспечения устойчивости к коррозии в средах с сильными кислотами (например, серная кислота, азотная кислота) требуется низкоуглеродистое хромистое железо.
II. Вторичные применения: литье, сварка и другие области.
1. Литейная промышленность: производство износостойких-отливок.
Литейная отрасль требует большого количества отливок с «высокой-твердостью,-износостойкостью» (например, мелющих шаров, футеровок дробилок, втулок валков цементных мельниц). Эти отливки преимущественно состоят из «высоко-чугуна с высоким содержанием хрома», причем хром полностью получен из высоко-углеродистого феррохрома:
Смешивание высокоуглеродистого хромистого железа (C > 6%) с расплавленным железом повышает содержание хрома в отливках до 12–30 %, образуя большое количество карбидов Cr₇C₃ (твердость до HV1300, что значительно превышает показатель обычного чугуна). Их износостойкость в 5-10 раз выше, чем у стандартного чугуна, что позволяет широко использовать их в шлифовальном и дробильном оборудовании горнодобывающей промышленности, промышленности строительных материалов и металлургии.
2. Сварочные материалы: обеспечение качества сварки
При сварке нержавеющей стали или высокопрочной-стали состав и свойства сварного шва должны соответствовать основному материалу, чтобы предотвратить коррозию и растрескивание. Сплавы железа и хрома (обычно с низким-углеродом/микро-углеродом) служат важными добавками в электродах с флюсовым-покрытием и сварочных проволоках:
Например: Сварочные стержни для нержавеющей стали 304 требуют микро-углеродистого хрома во флюсовом покрытии, чтобы обеспечить содержание хрома в сварном шве, превышающее или равное 18 %, соответствующее основному материалу и предотвращающее коррозию из-за дефицита хрома.
Сварочные проволоки для высокопрочных конструкционных сталей-полезны благодаря добавкам средне-углеродистого хрома, которые повышают прочность и вязкость сварного шва и предотвращают разрушение соединений.
3. Другое: раскисление, обессеривание и специальные сплавы.
Раскисляющий/десульфурирующий агент: кремний-хромовый сплав (содержащий 40%-45% кремния, 30%-35% хрома) не только поставляет хром, но также действует как раскислитель и десульфуризатор в сталеплавильном производстве - - Кремний преимущественно соединяется с кислородом, образуя SiO₂ (шлак), а хром способствует десульфурации, снижая вредные выбросы. примеси (кислород и сера снижают ударную вязкость стали) в сталях. Его используют для производства высококачественных марок стали с низким-кислородом и низким содержанием серы;
Специальные сплавы. Небольшие количества феррохрома используются при производстве сплавов на основе никеля-и сплавов на основе кобальта- (например, жаропрочных-сплавов для аэрокосмической отрасли), но их доля чрезвычайно мала и не является основным применением.
Краткое содержание
Феррохромовые сплавы служат «гарантией производительности» современной промышленности, их основная ценность заключается в придании материалам с помощью хрома трех ключевых свойств: коррозионной стойкости, износостойкости и высокой прочности. От повседневной кухонной посуды из нержавеющей стали до промышленного химического оборудования и строительной техники, а также от-высокотехнологичных применений, таких как медицинское оборудование и компоненты авиационных двигателей,-все они опираются на основу из феррохромовых сплавов. Среди них производство нержавеющей стали представляет собой наиболее важное применение, напрямую определяющее глобальные производственные мощности и спрос на феррохромовые сплавы.
