Quali sono le applicazioni della polvere di nitruro di ferro silicio Si3N4 nella metallurgia?

Polvere di nitruro di silicio (SiN₄)., con Si₃N₄ come fase centrale, contiene tipicamente 55%-65% Si, 10%-15% N e 15%-25% Fe, con impurità totali (Al, Ca, S, P) inferiori o uguali al 3%. Le sue caratteristiche principali supportano diverse applicazioni nel campo metallurgico:

 Forte stabilità termodinamica:Si₃N₄ ha un punto di fusione di circa 1900 gradi e non si decompone nell'acciaio/ferro fuso al di sotto di 1600 gradi, determinando una reazione lieve e controllabile.

 Reattività adatta:L'energia libera di reazione tra Si e O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) e tra N e O sono entrambe basse, consentendo una disossidazione efficiente senza introdurre impurità dannose.

 Eccellenti caratteristiche delle particelle:La polvere di grado industriale- ha una dimensione di 100-300 mesh (48-150 μm), un'ampia area superficiale specifica e si disperde facilmente nel metallo fuso, garantendo una buona uniformità di reazione.

(1) Disossidazione nella produzione dell'acciaio: miglioramento della purezza e della stabilità dell'acciaio fuso

Polvere di nitruro di silicio, altamente efficientedisossidante composito, presenta notevoli vantaggi rispetto al tradizionaleferrosilicioe disossidanti dell'alluminio:

Meccanismo di disossidazione:

Si₃N₄ reagisce con l'O nell'acciaio fuso per generare SiO₂ e N₂. Il SiO₂ ha una densità di 2,65 g/cm³, di gran lunga inferiore a quella dell'acciaio fuso (7,8 g/cm³), il che lo rende facilmente galleggiante e rimovibile con le scorie. Quando N₂ fuoriesce sotto forma di bolle, può portare con sé alcune piccole inclusioni, purificando ulteriormente l'acciaio fuso.

Scenari adatti:

Applicabile all'acciaio ad alta resistenza-bassolegato, all'acciaio per cuscinetti, all'acciaio per molle e ad altri acciai con requisiti di elevata purezza. Può ridurre la porosità interna e i difetti di inclusione nell'acciaio e migliorare la resistenza alla trazione e la durata a fatica.

(2) Regolazione della lega: ottimizzazione delle proprietà meccaniche dell'acciaio

Si e N lavorano in sinergia per raggiungere un equilibrio tra "rinforzamento e tenacizzazione" nell'acciaio:

Meccanismo di rafforzamento:

Il Si si dissolve nel reticolo del ferro, provocando la distorsione del reticolo, ostacolando il movimento delle dislocazioni e migliorando la resistenza e la durezza dell'acciaio; N forma nitruri fini e dispersi (come NbN e VN) con elementi come Nb e V nell'acciaio, producendo un effetto di rafforzamento delle precipitazioni, affinando al contempo i grani;

Dati sul miglioramento delle prestazioni:

Quando si produce acciaio legato ad alta-resistenza, aggiungere lo 0,4%-0,8%polvere di ferro di nitruro di silicioaumenta il carico di snervamento dell'acciaio del 15%-20%, il carico di rottura del 10%-15% e l'allungamento rimane superiore al 18%, bilanciando resistenza e plasticità;

(3) Campo della fusione: miglioramento della qualità e della formabilità della fusione

La polvere di ferro al nitruro di silicio ha funzioni sia di inoculazione che di regolazione della fluidità, adatta per ghisa grigia, ghisa duttile e fusione di precisione:

Fluidità ottimizzata:

Riduce la tensione superficiale della ghisa fusa, riducendone la viscosità del 15%-20%, migliorando la capacità di riempimento della ghisa fusa e riducendo difetti quali “colata insufficiente” e “chiusura a freddo”;

Affinamento del grano:

Le particelle di polvere agiscono come nuclei di nucleazione eterogenei nel ferro fuso, promuovendo la precipitazione uniforme della grafite, affinando la dimensione dei grani dei pezzi fusi da 80μm a 30-40μm, aumentando la resistenza del 25%-30% e migliorando la resistenza all'usura;

(4) Produzione di acciaio speciale: soddisfare i requisiti prestazionali di scenari-di fascia alta

Nella produzione di acciai speciali come leghe ad alta temperatura- e acciaio inossidabile, la polvere di nitruro di ferro silicio svolge un ruolo unico:

Leghe ad alta-temperatura:

Quando utilizzato nella produzione di leghe ad alta-temperatura per pale di turbine di motori aero-, l'N forma nitruri stabili con elementi come Cr e Co, aumentando la resistenza allo scorrimento viscoso della lega a 1000 gradi di oltre il 25%, aumentando la resistenza all'ossidazione del 30% e essendo in grado di resistere a temperature estremamente elevate e all'impatto del flusso d'aria;

Acciaio inossidabile:

L'aggiunta dello 0,3%-0,5% di polvere può ottimizzare la distribuzione del Cr nell'acciaio inossidabile, evitare la formazione di aree povere di Cr e affinare i grani, aumentando il tempo di resistenza alla corrosione in nebbia salina da 200 ore. Esteso a oltre 350 ore, adatto per ambienti altamente corrosivi come apparecchiature chimiche e ingegneria navale;

Altri acciai speciali:

Nella produzione di acciaio per utensili, può migliorare la durezza rossa e la resistenza all'usura dell'acciaio; Nella produzione di acciaio a bassa-temperatura, riduce la temperatura di transizione fragile attraverso l'affinamento della grana, consentendo all'acciaio di mantenere una buona tenacità a -60 gradi.

(1) Controllo dell'importo aggiuntivo

Disossidazione nella produzione dell'acciaio:

0,3%-0,6% (massa dell'acciaio), un'aggiunta eccessiva può facilmente portare a un contenuto eccessivo di N nell'acciaio (superiore allo 0,015%), causando "infragilimento da azoto";

Inoculazione del getto:

0,2%-0,5% (massa di ferro fuso), un'aggiunta eccessiva renderà la fusione troppo dura, influenzando le prestazioni di lavorazione;

Lega di acciaio speciale:

0,4%-0,8% (massa di acciaio fuso), deve essere regolato con precisione in base alla composizione target del tipo di acciaio.

(2) Tempi e modalità di aggiunta

Produzione dell'acciaio:

Aggiungere durante le fasi successive della fusione della carica del forno (temperatura dell'acciaio 1500-1600 gradi) per garantire una dispersione uniforme della polvere ed evitare l'agglomerazione locale;

Cast:

Aggiungere 1-2 minuti prima di toccare il ferro fuso o aggiungere durante il processo di colata per migliorare l'effetto di inoculazione.

(3) Selezione del materiale

Requisiti di purezza:

La polvere FeSi3N4 ad elevata-purezza (contenuto di Si₃N₄ maggiore o uguale al 90%, impurità totali inferiori o uguali all'1%) viene utilizzata per i gradi di acciaio di fascia alta-;

Selezione della taglia:

Polvere da 100-200 mesh per la produzione/colata ordinaria dell'acciaio, polvere fine da 200-300 mesh per la fusione di precisione per garantire una reazione uniforme.