بخشی از مقاله
چکیده
فولاد 30MSV6 ازجمله فولادهای میکرو آلیاژ پرکاربرد در صنعت خودروسازی میباشد. این فولاد به دلیل برخورداری از عناصر V و N و در نتیجه تشکیل رسوبات ریز V - CN - به استحکام لازم میرسد. در این تحقیق شرایط بهینه استفاده از مواد فرو منگنز نیتروژن دار و فرو وانادیم نیتروژن دار بهمنظور حصول بالاترین راندمان و کمترین هزینه، مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت.
به ازای شارژ 100 کیلوگرم FeMnN در تخلیه و 50 کیلوگرم FeVN در 40 دقیقه انتهایی LF، بهترین شرایط جذب نیتروژن در مذاب حاصل گردید. همچنین میزان کاهش نیتروژن مذاب در اثر فرایند گاز زدایی در خلأ - VD - و نیز میزان افزایش نیتروژن مذاب از انتهای فرایند کوره پاتیلی - LF - تا تاندیش ریختهگری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش نیتروژن مذاب ورودی به VD، درصد کاهش نیتروژن در اثر VDبهشدت افزایش مییابد. همچنین میزان جذب نیتروژن در مذاب از انتهای LF تا تاندیش، در ذوبهای VDشده بیشتر از ذوبهای VD نشده اندازهگیری شد.
مقدمه
نیتروژن بهعنوان یک ناخالصی و یا یک عنصر آلیاژی در فولاد شناخته میشود. به طورکلی نیتروژن بهصورت آزاد و بیننشین در فولاد وجود دارد؛ اما میتواند به شکل ترکیب یا نیترید نیز موجود باشد. نیتروژن محلول در فولاد سبب افزایش استحکام تسلیم و نهایی و کاهش انعطافپذیری میشود
دو روش اصلی جهت انتقال نیتروژن به ذوب وجود دارد. اولی، جذب نیتروژن از طریق واکنش در فصل مشترک گاز مذاب بهنحویکه مولکولهای گازی دواتمی N2 تجزیهشده و بهصورت نیتروژن اتمی جذب مذاب شوند. دومین روش، افزودن مستقیم ترکیبات نیتریدی به فولاد مذاب است.
رایجترین افزودنیهای نیتروژن دار عبارتند از فرو کروم نیتروژندار - FeCrN - ، فرو منگنز نیتروژندار - FeMnN - و فرو وانادیم نیتروژندار . - FeVN - حلالیت نیتروژن در مذاب فولاد را میتوان با بالا بردن فشار گاز نیتروژن در بالای مذاب و یا افزودن برخی عناصر آلیاژی افزایش داد .[2] عناصری نظیر Cr و Mn سبب افزایش حلالیت نیتروژن در آلیاژهای آهن مذاب و عناصری مانند C،Si، Ni و Co باعث کاهش آن میشوند. عناصری از قبیل Ti، Zr، V و Nb بیشترین تأثیر مثبت را بر حلالیت نیتروژن داشته و تمایل بالایی به تشکیل نیترید دارند. عناصر فعال سطحی نظیر O، S، Se و Te با وجود تأثیر اندک بر حلالیت نیتروژن در آهن خالص، میتوانند نرخ انتقال نیتروژن به ذوب را بهشدت تغییر دهند
فولاد میکروآلیاژ وانادیم دار 30MSV6بهطور گسترده در صنعت خودرو و در ساخت قطعاتی نظیر قطعه مثلثی در سیستم تعلیق خودرو مورد استفاده قرار میگیرد. این فولاد پس از نورد گرم و در طی سرد شدن در هوا به دلیل حضور عناصری مانند نیتروژن و وانادیم و درنتیجه تشکیل ذرات رسوب ریز V - CN - - با قطر - 5-100nm در فریت، بهسختی و استحکام لازم میرسد
در پژوهش حاضر میزان جذب نیتروژن از طریق افزودن مواد نیتروژن دار در مذاب فولاد 30MSV6 اندازهگیری و نیز شرایط بهینه استفاده از این مواد تعیین گردیده است. همچنین درصد کاهش نیتروژن در طی فرایند VD برحسب میزان نیتروژن مذاب ورودی به VD اندازهگیری شده است. از سویی میزان جذب نیتروژن در مذاب از انتهای LF تا تاندیش در دو نوع ذوب VD شده و VD نشده اندازهگیری و مورد مقایسه قرار گرفته است.
روش تحقیق
در شرکت فولاد آلیاژی ایران، ذوب خام با شارژ قراضه و آهن اسفنجی درکوره قوس الکتریکی - EAF - تولید و سپس در پاتیل، تخلیهشده و بهمنظور عملیات متالورژی ثانویه و تنظیم دما و ترکیب شیمیایی به واحد کوره پاتیلی - LF - منتقل میشود. در صورت نیاز به عملیات گاززدایی در خلأ - VD - ،این فرایند انجام و سپس تنظیم نهایی ترکیب و دما در LF صورت گرفته و درنهایت پاتیل ذوب به واحد ریختهگری پیوسته ارسال میگردد. میانگین تناژ ذوب در حدود 45 تن است.
در این تحقیق در مجموع 58 ذوب مختلف از گرید فولادی30MSV6 - با ترکیب شیمیایی استاندارد ارائهشده در جدول - 1 مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت. با توجه به ارزش استفاده از مواد، از بین منابع تأمین نیتروژن، FeMnN و FeVN مورد استفاده قرار گرفت. بهمنظور تعیین درصد جذب نیتروژن در مذاب از طریق افزودن مواد نیتروژندار، از مقادیر مختلف فرو منگنز نیتروژندار در حین تخلیه - از 80 تا 170 کیلوگرم - و مقادیر مختلف فرو وانادیم نیتروژندار در LF استفاده شد.
FeMnN و FeVN مورد استفاده به ترتیب حاوی 8 و 12/27 درصد نیتروژن بودند. همچنین برخی از ذوبها تحت عملیات گاززدایی در خلأ قرار گرفتند و تغییرات میزان نیتروژن در طی فرایند VDمورد بررسی قرار گرفت. از سویی تغییرات میزان نیتروژن از انتهای LF تا تاندیش ریختهگری تعیین گردید. در تمامی این آزمایشها، میزان نیتروژن فولاد با استفاده از دستگاه تعیینکننده نیتروژن ساخت شرکت لکو اندازهگیری شد.
نتایج و بحث
در این پژوهش ابتدا مقادیر مختلف FeMnNدر طی تخلیه مذاب از کوره، شارژ گردید و درصد جذب نیتروژن از FeMnN در مذاب اندازهگیری شد. تعداد 6، 9، 5، 9، 10 و 9 ذوب مختلف به ترتیب با مقادیر شارژ 80، 100، 120، 140، 160 و 170 کیلوگرم فرو منگنز نیتروژندار در تخلیه مورد آزمایش قرار گرفتند که میانگین نتایج آن در شکل 1 ارائهشده است. همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود درصد جذب نیتروژن در مذاب به ازای شارژ مقادیر کمتر FeMnN بالاتر بوده و بیشترین درصد جذب مربوط به شارژ100 کیلوگرم با میزان جذب 34 درصد است. در 48 ذوب مورد بررسی، میانگین درصد جذب نیتروژن در مذاب از طریق شارژ FeMnN در تخلیه برابر با 28 درصد اندازهگیری شد.
در مرحله بعد، میزان جذب نیتروژن از طریق شارژ فرو وانادیم نیتروژندار در LF و تعیین زمان مناسب شارژ آن مورد آزمایش قرار گرفت. در این مرحله دو دسته ذوب شامل 47 ذوب بدون عملیات VDو 11 ذوب با عملیات VDآزمایش گردید. در 47 ذوب بدون عملیات VD، میانگین درصد جذب نیتروژن در مذاب از طریق افزودن FeVNدر LF برابر با 40 درصد اندازهگیری شد.
سپس زمان مناسب شارژ FeVN در LF مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد بیشترین میزان افزایش نیتروژن مذاب در LF مربوط به ذوبهایی است که FeVN در نیمهی دوم زمانی LF و یا به عبارت دقیقتر در 40 دقیقه انتهایی LF به ذوب اضافه شده است.
