Apa Itu Ferrosilikon Nitrida
Ferrosilicon nitride adalah ferroalloy yang berbahan dasar silikon nitrida (Si3N4), bersama dengan besi bebas,-silikon yang tidak dinitrida, dan sejumlah kecil komponen lainnya. Ini digunakan sebagai aditif bantalan nitrogen dalam pembuatan baja dan produksi tahan api. Nilai tahan api disuplai dalam bentuk bubuk putih atau coklat, sedangkan kualitas pembuatan baja biasanya berupa bahan butiran putih, karena aditif harus larut dalam lelehan daripada membangun struktur tahan api.
Bahan ini menarik di tempat peleburan karena bekerja dalam tiga cara sekaligus: memasukkan nitrogen, melakukan deoksidasi, dan produk dekomposisinya membantu menghilangkan oksigen dari baja cair. Nitrogen yang dihasilkannya adalah bagian yang mengatur kekuatan, perilaku penuaan, dan kemampuan las produk jadi.
Bagaimana Nitrogen Memasuki Baja Cair
Ketika butiran ferrosilikon nitrida dimasukkan ke dalam lelehan, nitrida terurai dan melepaskan nitrogen yang larut dalam baja cair. Silikon dan besi masuk ke dalam baja atau terak, dan nitrogen yang tertinggal dalam larutan tersedia untuk membentuk nitrida selama pemadatan dan pendinginan. Karena kelarutan nitrogen turun tajam saat baja mengeras, nitrogen yang tidak difiksasi oleh pembentuk nitrida kuat dapat tetap berada dalam larutan interstisial dan kemudian berpindah, yang merupakan akar masalah penuaan yang dijelaskan di bawah.
Oleh karena itu, latihan penjumlahan sama pentingnya dengan analisis aditif. Bahan granular dengan fraksi ukuran terkontrol larut lebih cepat dan menghasilkan perolehan nitrogen yang lebih berulang dibandingkan produk kasar atau produk yang sangat terpisah, dan lelehan terdeoksidasi menahan nitrogen lebih efektif dibandingkan lelehan yang masih mendidih dengan oksigen.
Bentuk Produk dan Ukuran Butir
Ferrosilikon nitrida dinilai terutama berdasarkan diameter butir, karena fraksi ukuran menentukan seberapa cepat aditif larut dalam sendok atau cetakan. Spesifikasi granular tipikal ditunjukkan di bawah ini; kolom persentase menyatakan proporsi produk yang harus termasuk dalam kelompok ukuran yang ditentukan.
| Bentuk produk | Diameter butir | Melewati rentang yang ditentukan |
|---|---|---|
| Butir halus | 3~5mm | di atas 90% |
| Biji-bijian biasa | 3~10mm | di atas 90% |
| Butir kasar | 10~50mm | di atas 90% |
Bentuk bubuk dan butiran halus lebih disukai dimana nitrogen harus didistribusikan dengan cepat dan merata, misalnya pada rebar bantalan nitrogen dan baja silikon berorientasi, sedangkan butiran yang lebih kasar cocok untuk pemanasan yang lebih besar dan perendaman yang lebih dalam.
Efek Menguntungkan Nitrogen pada Baja Cair
Nitrogen bukan sekadar pengotor. Dalam jumlah yang terkendali, ini merupakan penambahan paduan yang disengaja dengan beberapa efek yang berguna.
Nitrogen bergabung dengan aluminium, vanadium, niobium, dan titanium untuk membentuk nitrida halus dan karbonitrida yang menyematkan batas butir dan memperhalus struktur cetakan dan gulungan.
Pada batang penguat seperti HRB400, pengendapan yang dibantu nitrogen meningkatkan kekuatan luluh sehingga tingkat kekuatan yang sama dapat dicapai dengan penambahan karbon dan paduan mikro yang lebih sedikit.
Dalam baja silikon berorientasi, nitrogen berpartisipasi dalam sistem inhibitor yang mengontrol pertumbuhan butiran selama pemrosesan, yang mendukung sifat magnetik lembaran akhir.
Nitrogen meningkatkan ketahanan terhadap pelunakan pada suhu tinggi pada beberapa jenis baja, karena nitrida yang terbentuk stabil pada suhu di mana karbida akan menjadi kasar.
Ferrosilikon nitrida juga mendeoksidasi lelehan, sehingga berkontribusi terhadap baja yang lebih bersih bersama dengan nitrogen yang disuplai.
Efek Berbahaya dari Nitrogen dan Cara Pengendaliannya
Di atas tingkat yang dapat ditetapkan oleh baja sebagai nitrida stabil, nitrogen berubah dari elemen paduan yang berguna menjadi sumber cacat.
Penuaan: nitrogen yang tersisa dalam larutan interstisial perlahan-lahan mengendap sebagai besi nitrida. Endapan tersebut merusak kisi logam dan menimbulkan tekanan internal, sehingga baja menjadi rapuh seiring waktu dan dampak ketangguhan serta plastisitasnya menurun. Nitrogen meningkatkan kerentanan terhadap penuaan strain ini; itu tidak meningkatkan resistensi terhadapnya, dan kandungan fosfor yang tinggi memperburuk efeknya.
Kerapuhan biru: ketika baja dengan kandungan nitrogen tinggi dipanaskan hingga kisaran 250 hingga 450 derajat, permukaannya berubah menjadi biru sementara kekuatan meningkat dan ketangguhan benturan menurun. Hilangnya keuletan dalam kisaran panas biru harus dipertimbangkan setiap kali komponen dibentuk atau diluruskan dalam panas.
Kemampuan las: ketika kandungan nitrogen meningkat, kinerja pengelasan menurun. Porositas, pengerasan di zona yang terkena panas dan hilangnya ketangguhan adalah konsekuensi yang biasa terjadi, sehingga baja yang mengandung nitrogen memerlukan prosedur pengelasan yang disesuaikan dengan sifat kimianya.
Koreksi masalah interstisial: penambahan aluminium dalam jumlah terkontrol ke baja akan membentuk AlN yang stabil, yang membatasi pembentukan dan pengendapan Fe4N. Hal ini meningkatkan kinerja penuaan dan, pada saat yang sama, partikel AlN membatasi pertumbuhan butiran austenit.
Aturan praktisnya adalah nitrogen harus ditentukan, bukan sekadar diterima. Kisaran nitrogen target, penambahan bahan pembentuk nitrida yang sesuai, dan kadar aluminium yang terkontrol bersama-sama mengubah nitrogen dari sumber cacat menjadi alat penguatan.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Untuk apa ferrosilicon nitride digunakan dalam pembuatan baja?
Ini digunakan untuk menambahkan nitrogen ke baja cair, untuk mendeoksidasi lelehan dan untuk mendukung penguatan presipitasi dan penghalusan butiran pada baja bantalan nitrogen seperti batang penguat dan baja silikon berorientasi.
T: Apa yang dimaksud dengan sebutan FeSi3N4?
Ini mencerminkan konstituen utama paduan, silikon nitrida (Si3N4), yang memasok nitrogen. Bahan komersial juga mengandung besi bebas, silikon tidak ternitrida, dan komponen kecil, sehingga kandungan nitrogen produk disebutkan secara terpisah dari analisis silikon nitrida murni.
T: Apa yang menyebabkan penuaan pada baja yang mengandung nitrogen?
Nitrogen yang tersisa dalam larutan interstisial mengendap secara perlahan sebagai besi nitrida setelah pendinginan. Endapan tersebut merusak kisi dan meningkatkan tegangan internal, sehingga keuletan dan ketangguhan impak menurun seiring berjalannya waktu, terutama bila fosfor juga tinggi.
T: Apa yang dimaksud dengan kerapuhan biru?
Hilangnya ketangguhan impak terjadi ketika baja dengan nitrogen tinggi dipanaskan hingga sekitar 250 hingga 450 derajat, kisaran di mana permukaannya berubah warna menjadi oksida biru. Kekuatan meningkat sementara ketangguhan menurun, sehingga pembentukan dan pelurusan hangat memerlukan perhatian.
T: Bagaimana aluminium membantu ketika kadar nitrogen tinggi?
Aluminium adalah pembentuk nitrida yang kuat. Ia bergabung dengan nitrogen untuk membentuk AlN yang stabil dan bukannya melepaskan Fe4N kemudian mengendap, yang meningkatkan ketahanan terhadap penuaan dan menyematkan batas butir austenit selama pemanasan.
T: Bagaimana seharusnya ferrosilicon nitride disimpan?
Jaga agar tetap kering, dalam kemasan tertutup atau bunker tertutup, terpisah dari ferroalloy lainnya. Pengambilan kelembapan mengubah perolehan nitrogen yang efektif dan dapat menyebabkan produk granular menggumpal, yang kemudian masuk secara tidak merata ke dalam lelehan.