¿Cuáles son las aplicaciones del polvo de nitruro de ferrosilicio Si3N4 en metalurgia?

Polvo de nitruro de silicio (SiN₄), con Si₃N₄ como fase central, normalmente contiene entre un 55% y un 65% de Si, entre un 10% y un 15% de N y entre un 15% y un 25% de Fe, con un total de impurezas (Al, Ca, S, P) inferior o igual al 3%. Sus características principales respaldan diversas aplicaciones en el campo metalúrgico:

 Fuerte estabilidad termodinámica:Si₃N₄ tiene un punto de fusión de aproximadamente 1900 grados y no se descompone en acero/hierro fundido por debajo de 1600 grados, lo que resulta en una reacción suave y controlable.

 Reactividad adecuada:La energía libre de reacción entre Si y O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) y entre N y O son bajas, lo que permite una desoxidación eficiente sin introducir impurezas nocivas.

 Excelentes características de las partículas:El polvo-de calidad industrial tiene un tamaño de malla 100-300 (48-150 μm), una gran superficie específica y se dispersa fácilmente en metal fundido, lo que da como resultado una buena uniformidad de reacción.

(1) Desoxidación de la acería: mejora de la pureza y estabilidad del acero fundido

Polvo de nitruro de silicio, como altamente eficientedesoxidante compuesto, tiene importantes ventajas sobre los tradicionales.ferrosilicioy desoxidantes de aluminio:

Mecanismo de desoxidación:

Si₃N₄ reacciona con O en acero fundido para generar SiO₂ y N₂. El SiO₂ tiene una densidad de 2,65 g/cm³, muy inferior a la del acero fundido (7,8 g/cm³), lo que lo hace flotar fácilmente y eliminarse con la escoria. Cuando el N₂ se escapa en forma de burbujas, puede llevar algunas pequeñas inclusiones, purificando aún más el acero fundido.

Escenarios adecuados:

Aplicable a acero de baja-aleación y alta-resistencia, acero para cojinetes, acero para resortes y otros aceros con requisitos de alta pureza. Puede reducir la porosidad interna y los defectos de inclusión en el acero y mejorar la resistencia a la tracción y la vida a la fatiga.

(2) Ajuste de aleación: optimización de las propiedades mecánicas del acero

Si y N trabajan sinérgicamente para lograr un equilibrio entre "refuerzo y endurecimiento" en el acero:

Mecanismo de Fortalecimiento:

El Si se disuelve en la red de hierro, lo que provoca una distorsión de la red, dificulta el movimiento de dislocación y mejora la resistencia y dureza del acero; El N forma nitruros finos y dispersos (como NbN y VN) con elementos como Nb y V en el acero, produciendo un efecto de fortalecimiento por precipitación, al mismo tiempo que refina los granos;

Datos de mejora del rendimiento:

Al producir acero de aleación de alta-resistencia, agregar entre un 0,4 % y un 0,8 %ferro polvo de nitruro de silicioaumenta el límite elástico del acero entre un 15% y un 20%, la resistencia a la tracción entre un 10% y un 15% y el alargamiento se mantiene por encima del 18%, equilibrando la resistencia y la plasticidad;

(3) Campo de fundición: mejora de la calidad y la formabilidad de la fundición

El polvo de hierro de nitruro de silicio tiene funciones de inoculación y ajuste de fluidez, adecuado para fundición gris, hierro dúctil y fundición de precisión:

Fluidez optimizada:

Reduce la tensión superficial del hierro fundido, reduciendo la viscosidad entre un 15% y un 20%, mejorando la capacidad de llenado del hierro fundido y reduciendo defectos como "vertido insuficiente" y "cierre en frío";

Refinamiento de grano:

Las partículas de polvo actúan como núcleos de nucleación heterogéneos en hierro fundido, promoviendo la precipitación uniforme de grafito, refinando el tamaño de grano de las piezas fundidas de 80 μm a 30-40 μm, aumentando la resistencia entre un 25% y un 30% y mejorando la resistencia al desgaste;

(4) Producción de acero especial: cumplir con los requisitos de rendimiento de escenarios de alto nivel-

En la producción de aceros especiales, como aleaciones de alta-temperatura y acero inoxidable, el polvo de nitruro de ferrosilicio desempeña un papel único:

Aleaciones de alta-temperatura:

Cuando se utiliza en la producción de aleaciones de alta-temperatura para álabes de turbinas de-motores aeronáuticos, el N forma nitruros estables con elementos como Cr y Co, lo que aumenta la resistencia a la fluencia de la aleación a 1000 grados en más de un 25 %, aumenta la resistencia a la oxidación en un 30 % y es capaz de soportar temperaturas extremadamente altas y el impacto del flujo de aire;

Acero inoxidable:

Agregar 0,3%-0,5% de polvo puede optimizar la distribución de Cr en el acero inoxidable, evitar la formación de áreas pobres en Cr y refinar los granos, aumentando el tiempo de resistencia a la corrosión por niebla salina de 200 h. Ampliado a más de 350 horas, adecuado para entornos altamente corrosivos como equipos químicos e ingeniería marina;

Otros aceros especiales:

En la producción de acero para herramientas, puede mejorar la dureza al rojo y la resistencia al desgaste del acero; En la producción de acero a baja-temperatura, reduce la temperatura de transición frágil mediante el refinamiento del grano, lo que permite que el acero mantenga una buena tenacidad a -60 grados.

(1) Control de cantidad adicional

Desoxidación de la acería:

0,3%-0,6% (masa de acero), una adición excesiva puede provocar fácilmente un contenido excesivo de N en el acero (superior al 0,015%), provocando "fragilización por nitrógeno";

Inoculación de fundición:

0,2% -0,5% (masa de hierro fundido), una adición excesiva endurecerá demasiado la pieza fundida, lo que afectará el rendimiento del procesamiento;

Aleaciones de aceros especiales:

0,4%-0,8% (masa de acero fundido), debe ajustarse con precisión de acuerdo con la composición objetivo del grado de acero.

(2) Momento y método de adición

Siderurgia:

Agregue durante las últimas etapas de fusión de la carga del horno (temperatura del acero 1500-1600 grados) para asegurar una dispersión uniforme del polvo y evitar la aglomeración local;

Fundición:

Agregue 1-2 minutos antes de golpear el hierro fundido o agregue durante el proceso de vertido para mejorar el efecto de inoculación.

(3) Selección de materiales

Requisitos de pureza:

El polvo de FeSi3N4 de alta-pureza (contenido de Si₃N₄ mayor o igual al 90 %, impurezas totales menor o igual al 1 %) se utiliza para grados de acero de alta-calidad;

Selección de tamaño:

Polvo de malla 100-200 para fundición/fabricación de acero común, polvo fino de malla 200-300 para fundición de precisión para garantizar una reacción uniforme.