I. Основні сфери застосування: сталеливарна промисловість (частка понад 90%)
Металургійна промисловість є найбільшим споживачем ферохромових сплавів. Ферохром із різним вмістом-вуглецю відповідає різним маркам сталі, а його основною функцією є покращення властивостей сталі шляхом «легування».
1. Виробництво нержавіючої сталі (основне застосування)
Основна властивість нержавіючої сталі-корозійної стійкості-основно залежить від «пасиваційної плівки» (Cr₂O₃), утвореної хромом на поверхні сталі. Ця плівка ізолює кисень і воду, запобігаючи іржі. Ферохромові сплави служать основним джерелом хрому при виплавці нержавіючої сталі, причому вміст вуглецю безпосередньо визначає тип нержавіючої сталі:
Високо{0}}вуглецеве хромове залізо (C > 4%): використовується для плавлення мартенситної нержавіючої сталі (наприклад, сталі 410, 420). Цей тип підкреслює твердість і міцність, широко використовується в столових приладах, клапанах, механічних частинах тощо (потрібна помірна стійкість до корозії та є-вартісним).
Середньо{0}}вуглецеве хромове залізо (0,5%-4%): використовується для виробництва феритної нержавіючої сталі (наприклад, сталі 430), яка зазвичай зустрічається в корпусах приладів і декоративних матеріалах (забезпечує кращу стійкість до корозії, ніж мартенситна сталь, за нижчу вартість, ніж аустенітна сталь).
Низьковуглецеве/над-низьковуглецеве хромове залізо (C < 0,5%, ультра-низький C < 0,15%): використовується для виробництва аустенітних нержавіючих сталей (наприклад, 304, 316) і ультра{10}}низьковуглецевих-нержавіючих сталей (наприклад, 316L). Ці нержавіючі сталі виявляють виняткову стійкість до корозії, що вимагає суворого контролю вмісту вуглецю (вуглець реагує з хромом з утворенням карбідів, виснажуючи хром і руйнуючи пасивуючий шар). Вони широко використовуються в хімічному обладнанні, медичних пристроях, машинах для обробки харчових продуктів і висококласному кухонному посуді.
Наприклад: нержавіюча сталь 304 містить приблизно 18% хрому, причому майже весь хром походить із сплаву хромистого заліза; 316L (над-низький вміст вуглецю) має використовувати мікро-вуглецеве хромове залізо, щоб забезпечити вміст вуглецю < 0,03%.
2. Інструментальна та штампована сталь: підвищення твердості та зносостійкості
Інструментальна сталь (наприклад, швидкорізальна-сталь) і штампована сталь (штампована сталь для холодної/гарячої обробки) витримують -високу інтенсивність тертя та удар. Додавання сплавів хрому та заліза покращує продуктивність серцевини через «зміцнення розчином» і «зміцнення карбідом»:
Високо{0}}вуглецеве хромове залізо: використовується для холодної{1}}робочої інструментальної сталі (наприклад, сталі Cr12) із вмістом хрому приблизно 12%. Він утворює карбіди Cr₇C₃ високої{7}}твердості, завдяки чому форми витримують знос від холодного штампування та холодної екструзії. Підходить для виготовлення штампів, ножиць тощо.
Ферохром із середнім{0}}–-низьким вмістом вуглецю: використовується у швидкорізальних сталях (наприклад, W18Cr4V), де хром підвищує червону твердість (здатність зберігати твердість за підвищених температур). Це запобігає розм’якшенню під час високо-швидкісного різання, що робить його придатним для верстатних фрез, свердел тощо.
3. Підшипникова сталь: подовжений термін служби втоми
Підшипники витримують високо{0}}змінні навантаження під час роботи, вимагаючи надзвичайної зносостійкості та стійкості до втоми. Сплави хромистого заліза (переважно середньо{2}}вуглецеве хромисте залізо) служать критичними добавками до підшипникових сталей, таких як GCr15:
З приблизно 1,5% вмістом хрому він утворює дрібні однорідні карбіди Cr₂₃C₆ з вуглецем. Ці карбіди рівномірно розподіляються по всій сталевій матриці, підвищуючи твердість (запобігаючи зношуванню), одночасно перешкоджаючи поширенню тріщин (подовжуючи термін служби втоми). Вони широко використовуються в кульках підшипників / доріжках кочення для автомобілів, верстатів і електродвигунів.
4. Високо{1}}конструкційна сталь: підвищення міцності та стійкості до погодних умов
Для таких галузей, як будівельна техніка (екскаватори, баштові крани), мости та висотні-будинки, потрібна конструкційна сталь із "високою міцністю та високою міцністю". Сплави хромового заліза (середньо-низький вуглець) синергізують такі елементи, як марганець і кремній:
Підвищення межі текучості (наприклад, високоміцна сталь Q690) із одночасним запобіганням підвищеній крихкості;
Низький вміст хрому (1%-3%) покращує стійкість до атмосферних впливів (стійкість до атмосферної корозії) для зовнішніх мостів, контейнерів тощо (відомих як «сталь, що витримує погодні умови»).
5. Сталі зі спеціальними експлуатаційними характеристиками: спеціальне застосування для термостійкості та стійкості до корозії
Жаростійкі -сталі (наприклад, труби для котлів електростанцій, компоненти авіаційних двигунів): сплави хромистого заліза (серед-низький вуглець) у поєднанні з нікелем, вольфрамом тощо утворюють стабільні оксидні плівки, які запобігають окисленню за високих температур, одночасно підвищуючи -високотемпературну міцність;
Кислотостійка-сталь (наприклад, резервуари для зберігання хімікатів, резервуари для травлення): ґрунтується на високому вмісті хрому (17%-25%), що вимагає низьковуглецевого хромистого заліза для забезпечення стійкості до корозії в сильних кислотних середовищах (наприклад, сірчана кислота, азотна кислота).
II. Додаткові сфери застосування: лиття, зварювання та інші галузі
1. Ливарна промисловість: виробництво-зносостійких відливок
Сектор лиття потребує великої кількості виливків із «високою-твердістю,-стійкістю до зносу» (наприклад, помельні кулі, вкладиші дробарок, гільзи валків цементних млинів). Ці відливки складаються переважно з «чавуну-з високим вмістом хрому», причому хром повністю отримують із -вуглецевого ферохрому:
Змішування -вуглецевого хромистого заліза (C > 6%) із розплавленим чавуном підвищує вміст хрому у виливках до 12–30%, утворюючи велику кількість карбідів Cr₇C₃ (твердість до HV1300, що значно перевищує звичайний чавун). Їх зносостійкість у 5-10 разів вища, ніж у стандартного чавуну, що робить їх широко використовуваними в подрібнювальному та дробильному обладнанні для гірничодобувної промисловості, виробництва будівельних матеріалів і металургії.
2. Зварювальні матеріали: забезпечення продуктивності зварювання
Під час зварювання нержавіючої або високоміцної-сталі склад і властивості зварного шва мають відповідати основному матеріалу, щоб запобігти корозії чи розтріскуванню. Сплави хромистого заліза (зазвичай з низьким-вуглецем/мікро-вуглецем) служать важливими добавками до електродів із флюсовим- покриттям і зварювального дроту:
Наприклад: зварювальні стрижні для нержавіючої сталі 304 вимагають мікро-вуглецевого хромистого заліза у флюсовому покритті, щоб забезпечити вміст хрому зварного шва більше або дорівнює 18%, відповідаючи основному матеріалу та запобігаючи корозії через дефіцит хрому.
Зварювальний дріт для високоміцної-конструкційної сталі має переваги завдяки додаванню середньо-вуглецевого хромистого заліза, що підвищує міцність зварного шва та в’язкість для запобігання руйнуванню з’єднань.
3. Інше: розкислення, десульфурація та спеціальні сплави
Розкислювальний/десульфуруючий агент: кремній-хромовий сплав (містить 40%-45% кремнію, 30%-35% хрому) не лише постачає хром, але також функціонує як розкислювач і десульфуратор у сталеплавильному виробництві - - Кремній переважно поєднується з киснем, утворюючи SiO₂ (шлак), тоді як хром сприяє десульфурації, зменшуючи шкідливі домішки (кисень і сірка знижують міцність сталі) у сталях. Це використовується для виробництва високоякісної сталі з низьким вмістом-кисню та сірки;
Спеціальні сплави: невеликі кількості ферохрому використовуються для виробництва сплавів на основі-нікелю та-кобальту (таких як високотемпературні-сплави для аерокосмічної промисловості), але частка надзвичайно низька й не є основним застосуванням.
Резюме
Ферохромові сплави служать «чинниками продуктивності» сучасної промисловості, головна цінність яких полягає в тому, що вони надають матеріалам три ключові властивості за допомогою хрому: стійкість до корозії, зносостійкість і висока міцність. Від повсякденного кухонного посуду з нержавіючої сталі до промислового хімічного обладнання та будівельних машин, а також високо{1}}застосування, як-от медичні прилади та компоненти авіаційних двигунів-, усе покладається на підтримку ферохромових сплавів. Серед них виробництво нержавіючої сталі представляє найбільш важливе застосування, безпосередньо визначаючи глобальні виробничі потужності та ландшафт попиту на ферохромові сплави.
