Si3N4 フェロシリコン窒化物粉末の冶金学における用途は何ですか?

窒化ケイ素（SiN₄）粉末コア相として Si₃N₄ を持ち、通常は 55% ～ 65% の Si、10% ～ 15% の N、および 15% ～ 25% の Fe を含み、合計の不純物 (Al、Ca、S、P) は 3% 以下です。その核となる特性は、冶金分野におけるさまざまな用途をサポートします。

 強力な熱力学的安定性:Si3N4 の融点は約 1900 度で、1600 度未満では溶鋼/鉄中では分解せず、穏やかで制御可能な反応が生じます。

 適切な反応性:SiとOの間の反応自由エネルギー(ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol)およびNとOの間の反応自由エネルギーは両方とも低く、有害な不純物を導入することなく効率的な脱酸が可能です。

 優れた粒子特性:工業用グレードの粉末は 100～300 メッシュ（48～150 μm）のサイズで比表面積が大きく、溶融金属中に容易に分散するため、反応の均一性が良好になります。

(1) 製鋼脱酸：溶鋼の純度・安定性の向上

窒化ケイ素粉末、高効率複合脱酸剤、従来のものに比べて大きな利点がありますフェロシリコンおよびアルミニウム脱酸剤:

脱酸素のメカニズム:

Si3N4は溶鋼中のOと反応してSiO2とN2を生成します。 SiO2 の密度は 2.65 g/cm3 で、溶鋼 (7.8 g/cm3) よりもはるかに低いため、容易に浮遊してスラグとともに除去されます。 N₂ が泡の形で流出すると、小さな介在物が含まれる可能性があり、溶鋼がさらに浄化されます。

適切なシナリオ:

低合金高張力鋼、軸受鋼、ばね鋼、および高純度要件が要求されるその他の鋼に適用可能です。{0}{1}鋼の内部気孔率や介在物欠陥を軽減し、引張強度と疲労寿命を向上させることができます。

(2) 合金調整：鋼の機械的性質の最適化

Si と N は相乗的に作用して、鋼の「強化と靭性」のバランスを実現します。

強化メカニズム:

Siは鉄の格子に溶け込み、格子歪みを引き起こし、転位の動きを妨げ、鋼の強度と硬度を向上させます。 N は鋼中で Nb や V などの元素とともに微細で分散した窒化物 (NbN や VN など) を形成し、結晶粒を微細化しながら析出強化効果を生み出します。

パフォーマンス向上データ:

高張力合金鋼を製造する場合、0.4%～0.8% を添加-窒化ケイ素フェロパウダー鋼の降伏強度は 15% ～ 20%、引張強度は 10% ～ 15% 増加し、伸びは 18% 以上を維持し、強度と可塑性のバランスが取れます。

(3) 鋳造分野：鋳造品質と成形性の向上

窒化珪素鉄粉は接種機能と流動性調整機能を併せ持ち、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、精密鋳造に適しています。

最適化された流動性:

溶鉄の表面張力を低下させ、粘度を15%〜20%低下させ、溶鉄の充填能力を向上させ、「注湯不足」や「コールドシャット」などの欠陥を軽減します。

粒子の精製:

粉末粒子は溶鉄中で不均質な核生成コアとして機能し、グラファイトの均一な析出を促進し、鋳物の粒径を80μmから30～40μmに微細化し、強度を25%～30%増加させ、耐摩耗性を向上させます。

(4) 特殊鋼の生産: ハイエンド シナリオのパフォーマンス要件を満たす-

高温合金やステンレス鋼などの特殊鋼の製造において、窒化フェロケイ素粉末は独特の役割を果たします。{0}

高温合金:-

航空エンジンのタービンブレード用の高温合金の製造に使用されると、N は Cr や Co などの元素と安定した窒化物を形成し、合金の 1000 度でのクリープ強度が 25% 以上増加し、耐酸化性が 30% 増加し、極度の高温や気流の影響に耐えることができます。{0}{1}}

ステンレス鋼：

0.3%-0.5% の粉末を添加すると、ステンレス鋼中の Cr の分布を最適化し、Cr の少ない領域の形成を回避し、結晶粒を微細化し、塩水噴霧耐食時間を 200 時間から延長できます。 350 時間以上まで延長され、化学装置や海洋工学などの腐食性の高い環境に適しています。

その他の特殊鋼：

工具鋼の製造において、鋼の赤硬度と耐摩耗性を向上させることができます。 -低温鋼の製造では、結晶粒の微細化によって脆性転移温度が低下し、鋼が -60 度でも良好な靭性を維持できるようになります。

(1) 添加量制御

製鋼脱酸：

0.3%～0.6%（鋼質量）、過剰な添加は鋼中の過剰なN含有量（0.015%を超える）を容易に引き起こし、「窒素脆化」を引き起こす可能性があります。

鋳造接種:

0.2%-0.5% (溶鉄質量)、過剰な添加は鋳物を硬くしすぎ、加工性能に影響を与えます。

特殊鋼合金：

0.4%～0.8%（溶鋼質量）、鋼種の目標組成に応じて精密に調整する必要があります。

(2) 追加のタイミングと方法

製鋼:

炉装入物溶解の後期段階（鋼温度 1500 ～ 1600 度）中に添加して、粉末を均一に分散させ、局所的な凝集を回避します。

鋳造：

溶銑を叩く1～2分前に添加するか、注湯工程中に添加すると接種効果が高まります。

(3) 材質の選定

純度要件:

高純度の FeSi3N4 粉末（Si₃N₄ 含有量 90% 以上、総不純物 1% 以下）は、高級鋼種に使用されます。-

サイズの選択:

一般製鋼・鋳造用には100～200メッシュの粉末、精密鋳造用には均一な反応を確保するため200～300メッシュの微粉末を使用します。