فرو کُرُم آلیاژی است از کرم و آهن به اضافه کربن وسیلیسیم و چند عنصر دیگر می باشد. کرم به عنوان یک عنصر آلیاژ ساز از اجزاء تشکیل دهنده بسیاری از فولادها بادرجات (گریدهای) مختلف است. فولادهایی که در آنها کرم به کار رفته دارای خواص ارزشمندی هستند این عنصر سختی، مقاومت، نقطه تسلیم و همچنین خاصیت الاستیسیته فولاد را افزایش می دهد.
از آنجایی که کرم به فولاد از لحاظ مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی خواص مطلوبی میدهد آن را در تهیه فولادهای ساختمانی، ابزار مخصوص (ضد اسید، ضد حرارت و زنگ) مورد استفاده قرار می دهند.
به فولاد یا کربن کم که حاوی بیش از 12 درصد کرم و تقریباً 8 درصد نیکل باشد فولاد ضد زنگ می گویند.
اگر فولاد دارای کرم و سیلیسیم باشد در مقابل حرارت مقاومت آن زیاد خواهد بود. کرم همراه با نیکل به عنوان عناصر آلیاژ ساز (نیکل 8 درصد – کرم 5/17 تا 19 درصد) مورد استفاده قرار می گیرند. امتزاجی با چنین نسبت به فولاد خاصیت ضد اسیدی می دهد.
آلیاژهایی نظیر نیکل کرم از مقاومت الکتریکی زیاد برخوردار بوده و مقاومت آنهادر مقابل زنگ زدگی چشم گیر است و از آنها به عنوان اِلمان های حرارتی الکتریکی (60تا 80 درصد نیکل و 15 تا 20 درصد کرم) استفاده می نمایند. از فولادهای مقاوم درمقابل حرارت که دارای 12 تا 60 درصد کرم هستند برای ساخت قطعات توربین های گازی و موتورهای جت استفاده می شود.
فولادهای کرم که مقدار کرم آنها تقریباً یک درصد و کربن آنها نیز یک درصد است بسیار سخت و از آنها در ساخت بلبرینگ و رُلبرینگ استفاده میشود.
تولید فرو کرم ریخته گری و کربن دار
از سنگ کرم (کرومیت) جهت فرو کرم کربن دار استفاده می شود. اکسیدهای موجود درسنگ کرم توسط احیاء کننده کربنی (کک دانه ریز) احیاء می شود.
اکسید کرم در دمای 1230 درجه سانتی گراد ضمن جذب گرما بر طبق واکنش ذیل توسط کربن احیاء می شود.
Cr2O3 + 3C 2Cr + 3CO
احیای منواکسید آهن بر طبق واکنش ذیل صورت می گیرد:
FeO + C Fe + CO
عمل احیای آهن نسبت به احیای کرم زودتر واقع می شود. به همین علت کار بیدهایتشکیل شده در واکنش های قبلی در آهن حل گردیده و ایجاد کار بیدهای مضاعف آهن و کرم(Cr , Fe ) 7 CO را می نماید.نقطه ذوب فرو کرم کربن دار تجارتی 1500 درجه سانتی گراد می باشد.
با وجود اینکه درجه حرارت لازم جهت انجام فرآیندهای احیای کرم و آهن نسبتاً پایین است، ذوب فرو کرم کربن دار عملاً در محدوده دمایی 1650 تا 1750 درجه سانتیگراد واقع می شود، این امر موجبات سیالیت سرباره و آلیاژ تولید شده و همچنین جداسازی آنها را از یکدیگر فراهم می سازد.
انتخاب ترکیب سرباره در تکنولوژی تولید فرو کرم کربن دار از اهمیت به سزایی برخوردار است. ترکیب و نقطه ذوب سرباره بستگی مستقیم با ترکیبات گانگی سنگ کرمدارد تشکیل دهنده های اصلی سرباره در تولید فرو کرم کربن دار سیلیس (SiO2)- اکسید منیزیم (MgO) و آلومین (Al2O3) است.
ترکیب سرباره در تولید فرو کرم های کربن دار XP4 و XP6 که دو مارک فرو کرم استاندارد روسی هستند بر حسب درصد تقریباً به صورت جدول (1) است.
جدول (1)
|
Cr2O3
|
FeO
|
CaO
|
Al2O3
|
MgO
|
SiO2
|
|
|
3-6
|
1-2
|
1-4
|
27-30
|
32-38
|
25-32
|
XP4
|
|
3-6
|
1-2
|
1-4
|
25-30
|
38-35
|
27-33
|
XP6
|
ترکیب شیمیایی آلیاژهای تولید شده بر حسب درصد مطابق جدول (2) می باشد.
جدول (2)
|
Si
|
Cr
|
C
|
|
|
0.7
|
74
|
5.3
|
XP4
|
|
1.8
|
69
|
7.2
|
XP6
|
در هنگام تهیه فرو کرم کربن دار با مارک XP4 توسط اکسید کرم بر طبق واکنش زیر:
Cr7C3 + Cr2O3 =9Cr + 3 CO
مقداری از کربن محصول تصفیه می گردد. این واکنش تنها در درجات حرارت بالا و غلظت زیاد اکسید کرم در نقطه وقوع فعل و انفعال میسر می باشد. نتیجه این فرآیند ذوب وقتی عملی می شود که سرباره های دیر گداز که با بکارگیری کلوخه های سختی سنگ معدن کرم ایجاد می شوند، در محیط واکنش حضور داشته باشند.
تصفیه جزئی کربن در آلیاژها به علت تشکیل قشری که در سطح تماس سرباره و آلیاژ تشکیل می شود و بنام قشر معدنی (Ore Lages) معروف است. تشکیل این قشر زمانی صورت می گیرد که سنگ معدن خاصی با مواد گانگی دیرگداز مورد استفاده قرار گیرد. وقتی که آلیاژ و سرباره تخلیه میگردند قشر مذکور به علت چسبندگی زیاد (عدم سیالیت) در کوره باقی می ماند. قطرات آلیاژ وقتی به پایین جاری می شوند از این قشر عبور نموده جزئی از کربن آنها تصفیه می شود.
بر خلاف فرو کرم های کربن دار، در فرو کرم ریخته گری مقدار کرم کمتر از (60 تا65 درصد) و مقدار متوسط سیلیس (Si) 2 تا 3درصد است. چون حد کربن آن تعیین نمی شود ممکن است در مخلوط شارژ آن میزان احیاءکننده و سیلیس به مقدار زیاد مورد استفاده قرار گیرد. برای تولید آلیاژی که عیار آن در این حد است می توان به عنوان ماده اولیه از سنگ کرم کم عیار، سرباره های حاوی کرم (دارای 25 تا 30) و داغمه های حاصله در تولید فرو کرم و فرو سیلیس استفاده نمود . دمای بالای فرآیند موجب می شود تا علاوه بر آهن و کرم، سیلیسیم نیز احیاء گردد. اندازه سیلیسیم احیاء شده موجود در آلیاژ بستگی به کمیت سیلیس موجود در سرباره و مقدار اضافی احیاء کننده موجود در مواد خام دارد . سرباره تشکیل شده همراه با فرو کرم ریخته گری تقریباً دارای 31 تا 37 درصد (SiO2) – 23 تا 31 درصد (MgO) – 29 تا 36 درصد (Al2O3) – 2 تا 3 درصد (CaO) – 3 تا 5 درصد (Cr2O3) – 1 تا 2 درصد (FeO) است.
ترکیب شیمیایی فرو کرم ریخته گری به این قرار است:
5/7 تا 5/8 درصد (C) – 59 تا 64 درصد (Cr) - 4 تا 5 درصد (Si) هم در تولیدفرو کرم کربن دار و هم در تهیه فرو کـرم ریخته گری به منظور تأمین سیلیسیم کافی به مخلـوط مواد شارژ کـوارتزیت کـافی اضافـه می شود.
ترکیبات فروکُرُم
جدول (3)
|
گرید فروکرم
|
علامت اختصاری
|
درصد کرم
(Cr)
|
درصد کربن
(C)
|
درصد سیلیس Si
|
فسفر
P
|
گوگرد
S
|
|
سیلیس کم
|
سیلیس متوسط
|
سیلیس زیاد
|
|
ماکزیمم
|
|
فرو کرم با کربن بسیار کم
|
XP0000
XP000
XP00
|
65
65
60
|
0.06
0.07-0.1
0.11-0.15
|
1.0
|
1.5
|
-
|
0.06
|
0-04
|
|
فرو کرم با کربن کم
|
XP0
XP01
|
60
|
0.16-0.25
0.26-0.5
|
1.5
|
2.0
|
3.0
|
0.06
|
0-04
|
|
فرو کرم با کربن متوسط
|
XP1
XP2
XP3
|
60
|
0.51-1.0
1.1-2.0
2.1-4.0
|
-
|
2.5
|
3.0
|
0.10
|
0-04
|
|
فرو کرم با کربن زیاد
|
XP4
XP5
|
65
|
4.1-6.5
6.6-8.0
|
2.0
|
3.0
|
5.0
|
0.07
|
0-04
|
ترکیبات فلز کُرُم
جدول (4)
|
گرید
|
درصد ترکیبات شیمیایی
|
|
کمترین مقدار کرم Cr
|
Fe
|
Al
|
Si
|
Cu
|
C
|
P
|
S
|
|
حداکثر
|
|
XO
|
98.5
|
0.6
|
0.5
|
0.4
|
0.06
|
0.03
|
0.02
|
0.02
|
|
X1
|
98.0
|
0.8
|
0.7
|
0.5
|
0.06
|
0.05
|
0.03
|
0.04
|
|
X2
|
97.0
|
1.2
|
0.8
|
0.5
|
0.1
|
0.06
|
0.05
|
0.05
|
مهندس مجتبی فردیار
کارشناس ارشد صنایع فولاد وفرو آلیاژها
استیل ایران
مهندس مجتبی فردیار
کارشناس ارشد صنایع فولاد وفرو آلیاژها
استیل ایران
مهندس مجتبی فردیار
کارشناس ارشد صنایع فولاد وفرو آلیاژها
استیل ایران