El ferromanganès de carboni mitjà es troba entre les famílies d'alt carboni i baix en carboni i s'escull quan s'ha de fer una addició de manganès sense empènyer el contingut de carboni de l'acer fora de les especificacions. Per tant, el seu efecte sobre els acers de baix carboni, mitjà i alt carboni no és idèntic: el mateix aliatge que s'adapta còmodament a un acer estructural pot ser inutilitzable en un grau de xapa de baix carboni o en un acer per a eines crític. Aquest article exposa com es comporta l'aliatge a tota la gamma de carboni i com seleccionar el grau adequat per a cada família.
Per què la selecció de grau determina el balanç de carboni
El carboni introduït per una addició de ferromanganès es calcula fàcilment i sovint es subestima. Afegir una tona de grau mitjà de carboni que conté un 2,0% de carboni a una calor de 100 tones introdueix 20 kg de carboni en aproximadament 101 tones d'acer, una recollida d'uns 0,020%. La mateixa addició feta amb un alt grau de carboni que conté un 7,5% de carboni introdueix 75 kg, equivalent a uns 0,074%. La diferència d'aproximadament un 0,054 % de carboni és més gran que tot el rang d'especificacions de molts graus de làmines lliures de carboni i-intersticials, i és precisament per això que existeixen ferromanganès de carboni mitjà i baix en carboni.
| Grau afegit, 1 tona | Carboni introduït | Recollida en una calor de 100 tones | Apte per |
|---|---|---|---|
| Ferromanganès alt en carboni, 7,5% C | 75 kg | al voltant del 0,074% | Productes estructurals, de secció llarga i pesada |
| Ferromanganès de carboni mitjà, 2,0% C | 20 kg | al voltant del 0,020% | Graus de forja, molla i enginyeria |
| Ferromanganès de carboni mitjà, 1,5% C | 15 kg | al voltant del 0,015% | Graus d'enginyeria de carboni ajustats |
| Ferromanganès baix en carboni, 0,5% C | 5 kg | al voltant del 0,005% | Fulles, baixes emissions de carboni i graus-lliures intersticials |
Les xifres il·lustren la lògica de dilució més que els valors fixos de la planta, ja que la captació real depèn de la mida de la calor, la recuperació i la resta de la càrrega. El principi és el que importa: el control del carboni comença amb l'elecció del grau d'aliatge, no amb una correcció aplicada després.
Efecte sobre l'acer baix en carboni
Els acers amb baix contingut de carboni, en general els inferiors al 0,25% de carboni, es produeixen per a panells d'automoció, estructures d'edificis i maquinària general, on la ductilitat, la soldabilitat i el comportament de conformació són les propietats decisives. Les addicions de manganès en el rang d'aproximadament 0,30-0,80% augmenten la resistència a la tracció i la duresa mitjançant l'enfortiment de la solució sòlida i milloren la tempabilitat de l'acer sense destruir la seva ductilitat. El refinament del gra de la ferrita també millora l'equilibri entre la força i la duresa, motiu pel qual el manganès es manté en la majoria de les especificacions estructurals en lloc de ser tractat com una impuresa.
El factor limitant és la formabilitat. Els graus de làmines baixes en carboni, i especialment els graus d'embotit profund i lliures-intersticials, tenen sostres de carboni ajustats, de manera que el carboni transportat per l'addició d'aliatge sol ser la limitació més que la recuperació de manganès. El ferromanganès de carboni mitjà amb un 1,5-2,0% de carboni es pot utilitzar quan el pressupost de carboni ho permet; Els graus baixos en carboni són l'opció més segura per a aplicacions de panells exposats i sense intersticials. L'excés de manganès en un grau de dibuix també pot augmentar la duresa i reduir la relació de tensió plàstica que regeix la capacitat d'estirament profunda, de manera que l'addició s'ha de dimensionar en funció de la propietat objectiu en lloc de simplement a la part superior del rang d'especificacions.
Efecte sobre acer al carboni mitjà
Els acers de carboni mitjà en el rang de carboni 0,25-0,60% són la columna vertebral de la maquinària, els eixos, els engranatges i les peces forjades, i són on s'utilitza el ferromanganès de carboni mitjà de manera més natural. El manganès a aproximadament un 0,60-1,00% millora notablement la tempabilitat, permetent que un component sigui endurit en seccions que, d'altra manera, requeririen un enduriment més sever o elements d'aliatge addicionals. Els avantatges pràctics són una duresa més alta i uniforme després del tractament tèrmic, un millor rendiment a la fatiga i una millor resistència al desgast en servei.
Al mateix temps, el manganès redueix la fragilitat associada a algunes microestructures altes en carboni quan s'equilibra correctament, i el refinament del gra d'una addició controlada millora la uniformitat de la microestructura. S'apliquen dues precaucions. Els cordons de sulfur de manganès introduïts amb l'aliatge poden crear direccionalitat, de manera que s'han de comprovar les propietats transversals a les forges crítiques. I com que els acers de carboni mitjà solen soldar-se, els nivells de manganès a la part superior de la gamma augmenten la tempabilitat a la zona afectada per la calor i el risc d'esquerdes en fred, que normalment significa un control de preescalfament o un límit d'equivalent de carboni en lloc d'un canvi d'aliatge.
Efecte sobre l'acer d'alt carboni
Els acers d'alt carboni superiors al 0,60% de carboni s'utilitzen per a eines, molles, components de coixinets i productes de filferro, on predominen la duresa i la resistència al desgast. El manganès té un paper útil aquí. En el rang típic del 0,30-0,90% millora la tempabilitat i la resistència al desgast alhora que conserva la tenacitat suficient per al treball, i és un element estàndard en les especificacions d'acer de molla juntament amb el silici i el crom.
El pressupost de carboni, però, esdevé crític. Els acers d'alt carboni ja es troben a prop de les seves especificacions de carboni, i alguns graus, especialment els acers amb alt contingut de carboni amb crom amb aproximadament un 1,0% de carboni, només toleren una banda estreta de manganès d'uns 0,25-0,45%. Qualsevol recollida de carboni incontrolada de l'addició d'aliatge és inacceptable en aquests productes, i també pot ser poc econòmic eliminar-la. Normalment es selecciona ferromanganès de carboni mitjà amb un contingut de carboni d'1,5-2,0%, o un grau de carboni baix, per a aquestes escalfores.
L'austenita retinguda és l'altra consideració. En graus alts de carboni, el manganès estabilitza l'austenita i augmenta la profunditat d'enduriment, cosa que és útil per a la resistència al desgast, però corre el risc d'inestabilitat dimensional i esquerdes si no s'ajusta el cicle de temperat. Els productors ho gestionen mesurant l'austenita retinguda i el tremp durant més temps, i mantenint el manganès dins de la banda en què es va qualificar el grau.
Recuperació, Cost i Selecció pràctica
La recuperació de manganès de l'aliatge és alta però no completa, i depèn del potencial d'oxigen del bany, de la pràctica d'addició i de la mida de les partícules del material carregat. Les fines es perden a l'escòria més fàcilment que els terròs, i l'aliatge humit introdueix hidrogen. Per tant, els compradors que comparen graus haurien de treballar en cost per quilogram de manganès recuperat més que en cost per tona d'aliatge, i haurien de validar la xifra de recuperació amb les seves pròpies escales.
Trieu ferromanganès alt en carboni per a productes estructurals i llargs on la recollida de carboni sigui acceptable i el cost per unitat de manganès sigui la prioritat.
Trieu ferromanganès de carboni mitjà per a graus de forja, molla i enginyeria on el sostre de carboni és real però no extremadament ajustat.
Trieu ferromanganès baix en carboni per a les làmines, baixes en carboni i sense intersticials-, i per a qualsevol calor on el pressupost de carboni no pugui absorbir un 0,02 % addicional.
Especifiqueu els límits de grau aplicables respecte a la norma ISO 5446, ASTM A99/A99M o GB/T 3795 i requereixi la certificació de lot de manganès, carboni, silici, fòsfor i sofre.
Preguntes freqüents
P: Es pot utilitzar ferromanganès de carboni mitjà en acer baix en carboni?
Sí, on el pressupost de carboni ho permet. L'addició augmenta el carboni aproximadament un 0,015-0,020% per tona afegida a una calor de 100 tones, de manera que és adequat per a molts graus de carboni baix, però no per a làmines sense intersticials o molt especificades.
P: Quin contingut de carboni distingeix el ferromanganès de carboni mitjà?
Els graus de carboni mitjà comercials típics porten al voltant de l'1,0-2,0% de carboni, en comparació amb el 6,0-7,5% dels graus d'alt carboni i el 0,5% o menys en els graus de carboni baix. Els límits exactes segueixen el grau acordat i les especificacions del proveïdor.
P: El manganès redueix la fragilitat de l'acer d'alt carboni?
El manganès millora la tempabilitat i, amb un correcte tractament tèrmic, ajuda a equilibrar la duresa i la tenacitat. No elimina la necessitat de temperar, i l'austenita retinguda excessiva pot fer que les peces d'alt carboni siguin menys estables en lloc de més dures.
P: Quant manganès hauria de contenir un acer de molla?
Els graus d'acer de molla contenen habitualment al voltant del 0,50-1,00% de manganès juntament amb silici i crom, amb el rang exacte establert per l'especificació del grau i la tempabilitat requerida per a la secció de filferro o barra.
P: Per què els acers dels coixinets restringeixen tan fortament el manganès?
Els acers amb coixinets de crom d'alt carboni ja funcionen prop del seu límit de carboni i depenen d'una microestructura molt controlada per a la vida a fatiga. El manganès es manté en una banda estreta d'aproximadament 0,25-0,45% per evitar l'austenita retinguda excessiva i la inestabilitat dimensional.
P: El ferromanganès de carboni mitjà costa més per unitat de manganès?
En general, sí, a causa del refinament addicional i del menor contingut de carboni. Es justifica sempre que el sostre de carboni de l'acer faci impossible una addició alta de carboni sense un producte fora de les especificacions.
