Nitreto de ferrossilício como transportador de nitrogênio e silício
O nitreto de ferrossilício é uma ferroliga cuja fase principal é o nitreto de silício (Si3N4), acompanhado de ferro livre e pequenas quantidades de outros componentes. É fornecido para siderúrgicas e produtores de refratários como um material esbranquiçado ou marrom: pó para refratários e produto granular para siderurgia. Por fornecer nitrogênio e silício em uma única adição, ele é usado na fundição de aços especiais, na argila anidra para furos de torneira e na produção de vergalhões de grãos-refinados.
Adicionar nitreto de ferrossilício ao aço fundido realiza duas tarefas ao mesmo tempo. O nitrogênio que ele carrega se dissolve no fundido e posteriormente precipita como finas partículas de nitreto, enquanto o silício atua como um forte desoxidante, combinando-se com o oxigênio dissolvido e reduzindo a carga de oxigênio no fundido. O silício que permanece em solução contribui para o fortalecimento-de uma solução sólida.
Efeito do Nitrogênio na Solidificação e nas Propriedades Finais
Refinamento de grãos:o nitrogênio combina-se com fortes formadores de nitreto para produzir partículas finas e dispersas de nitreto que fixam os limites dos grãos durante a solidificação e o reaquecimento.
Força:a dispersão fina aumenta o rendimento e a resistência à tração, e é por isso que a liga de nitrogênio é aplicada em barras nervuradas-laminadas a quente, como HRB400, e em aços especiais.
Resistência à fluência:como os nitretos precipitam nos limites dos grãos, eles também aumentam a resistência dos limites dos grãos em altas-temperaturas-e melhoram o desempenho de fluência.
Endurecimento superficial:a nitretação de uma superfície de aço aumenta a dureza e a resistência ao desgaste e melhora a resistência à corrosão, embora o efeito do nitrogênio residual sozinho na resistência à corrosão em massa seja modesto.
Risco de envelhecimento:no aço-carbono, o nitrogênio residual que não é controlado pode causar envelhecimento por deformação e fragilização, portanto, as adições de nitrogênio devem ser adequadas ao tipo que está sendo produzido.
Efeito do Silício na Qualidade do Aço
O silício se dissolve tanto na ferrita quanto na austenita e é um dos reforçadores de solução-sólida mais eficazes disponíveis para a siderúrgica. Seu efeito fortalecedor perde apenas para o fósforo e é mais forte que o do manganês, níquel, cromo, tungstênio, molibdênio ou vanádio em níveis iguais de adição.
O silício também altera as propriedades físicas de maneiras importantes para os aços elétricos: reduz a densidade, a condutividade térmica e a condutividade elétrica, promove o engrossamento dos grãos de ferrita, reduz a força coercitiva e a perda de histerese magnética e aumenta a permeabilidade em campos magnéticos fracos. A compensação-é uma redução na indução magnética sob campos fortes. Como o silício é um forte desoxidante, também reduz o efeito de envelhecimento magnético causado pelo oxigênio e nitrogênio dissolvidos.
Parâmetros de especificação típicos
| Parâmetro | Gama comercial típica | Por que isso importa |
|---|---|---|
| Conteúdo de nitrogênio | 15% a 30% | Define o aporte de nitrogênio por tonelada de aço e o dimensionamento da adição |
| Conteúdo de silício | 45% a 55% | Controla o poder de desoxidação e a contribuição fortalecedora da solução-sólida |
| Fase principal | Si3N4 com ferro livre | Determina o comportamento de dissolução no fundido |
| Granulometria, siderurgia | 0-3mm, 1-10mm, 10-50mm | Influencia a taxa de dissolução e recuperação |
| Granulometria, refratária | Pó, incluindo pedaços de 10-100 mm para tarefas especiais | Controla o comportamento de empacotamento e sinterização no revestimento |
| Aparência | Pó-esbranquiçado a marrom; granulado-esbranquiçado | Verificação visual do grau e do estado de oxidação |
O teor de nitrogênio e a distribuição do tamanho das partículas são os dois parâmetros que controlam mais fortemente a recuperação na panela. Uma adição grosseira se dissolve mais lentamente e proporciona uma recuperação menor, porém mais previsível, enquanto o material fino se dissolve mais rapidamente, mas é mais propenso à perda com a escória e à oxidação na superfície fundida.
Notas de aplicação para siderúrgicas e produtores de refratários
Na siderurgia, o nitreto de ferrossilício é normalmente adicionado durante o vazamento ou na panela para que o nitrogênio tenha tempo de se dissolver antes da fundição. A taxa de adição é definida pelo nível alvo de nitrogênio para o tipo e não por uma receita fixa, porque a recuperação de nitrogênio depende da composição do aço, da temperatura, da prática de escória e da presença de outros formadores de nitreto.
Em refratários, o nitreto de ferrossilício é usado em argila anidra para furos de torneira e em concretos à base de-magnésia, onde sua alta-estabilidade à temperatura e seu comportamento de reação com a matriz controlam as propriedades do revestimento de trabalho. O produto granular é preferido quando é necessária uma liberação controlada de nitrogênio.
O conteúdo dos elementos em qualquer adição à produção de aço deve ser rigorosamente controlado. Tanto a-adição quanto a adição-de nitrogênio alteram o equilíbrio entre resistência e tenacidade, portanto, a prática da planta deve vincular a carga de nitreto de ferrossilício a uma meta de nitrogênio verificada e à análise rotineira do produto.
Perguntas frequentes
P: Para que é usado o nitreto de ferrossilício?
Ele é usado como transportador de nitrogênio e silício na fabricação de aço e como matéria-prima em refratários, incluindo argila anidra para furos de torneira e concretos à base de-magnésia.
P: Qual é o efeito do nitrogênio no nitreto de ferrossilício no aço fundido?
O nitrogênio se dissolve no fundido e precipita como nitretos finos, refinando os grãos e aumentando a resistência, a resistência do limite dos grãos em altas-temperaturas-e a resistência ao desgaste.
P: O nitreto de ferrossilício funciona como desoxidante?
Sim. O conteúdo de silício reage com o oxigênio dissolvido no aço fundido e remove o excesso de oxigênio, o que também reduz o envelhecimento magnético-relacionado ao oxigênio em aços elétricos.
P: Quais aços se beneficiam mais do nitreto de ferrossilício?
Vergalhões de grãos-refinados, como HRB400, aços elétricos orientados ao silício-usados por suas propriedades magnéticas e aços especiais onde níveis controlados de nitrogênio melhoram a resistência e a tenacidade.
P: Quais tamanhos de nitreto de ferrossilício estão disponíveis?
As classes siderúrgicas são geralmente fornecidas como grânulos em tamanhos como 0-3 mm, 1-10 mm e 10-50 mm, enquanto as classes refratárias são fornecidas como pó ou granulado, incluindo material de 10-100 mm para tarefas especiais.
P: O excesso de nitreto de ferrossilício pode prejudicar a qualidade do aço?
Sim. O nitrogênio residual não controlado no aço-carbono pode causar envelhecimento por deformação e fragilização, portanto, a adição deve ser adequada à meta de nitrogênio da classe.
P: Qual é a diferença entre grau refratário e nitreto de ferrossilício de grau siderúrgico?
O grau refratário é fornecido como um pó-esbranquiçado ou marrom para sistemas de argila e moldáveis, enquanto o grau siderúrgico é um produto granular-esbranquiçado projetado para captação rápida e controlada de nitrogênio na panela.