Il ferrovanadio è una lega madre di ferro e vanadio che viene consumata quasi interamente come aggiunta nella produzione dell'acciaio. I gradi commerciali contengono tra il 35% e l'80% di vanadio, con FeV50 (48–52% V) e FeV80 (78–82% V) che coprono la maggior parte del commercio mondiale. I limiti del grado e le condizioni di consegna sono fissati nella norma ASTM A102/A102M e nella norma GB/T 4139, che stabiliscono l'intervallo del vanadio, il livello massimo di carbonio e gli elementi residui consentiti di ciascun grado.
Il vanadio è un forte formatore di carburo e nitruro, quindi piccole aggiunte modificano l'acciaio molto più di quanto suggerisca il loro peso. Un'aggiunta di microlega dello 0,03–0,10% V è in genere sufficiente per aumentare la resistenza allo snervamento di 100–200 MPa dopo la laminazione controllata, senza la perdita di tenacità che deriva dal semplice aumento del carbonio.
Cos'è il ferrovanadio e come viene classificato
Il FeV viene prodotto riducendo l'ossido di vanadio in presenza di ferro, molto spesso mediante una reazione allumino-termica in una siviera o in un piccolo forno. Il prodotto è una lega fragile, di colore grigio argento- che viene frantumata e vagliata in dimensioni di carica-del forno. Le specifiche di acquisto normalmente indicano quattro cose: grado e intervallo di vanadio, limiti su carbonio, silicio, alluminio, fosforo e zolfo, dimensione delle particelle e imballaggio. Per il caricamento del forno vengono utilizzati pezzi di dimensioni pari a 10–50 mm, per l'aggiunta in siviera di materiale frantumato da 3–10 mm e per l'iniezione di filo animato polvere inferiore a 3 mm. Il dimensionamento dei setacci viene verificato rispetto ai setacci di prova a filo intrecciato ASTM E11-e un certificato chimico per-lotto è solitamente supportato da un'analisi di laboratorio indipendente.
Perché i produttori di acciaio aggiungono vanadio
Un'aggiunta di vanadio funziona in tre modi: affina il grano di austenite durante la laminazione, riprecipita come V(C,N) durante il raffreddamento e aumenta la resistenza al rinvenimento delle parti bonificate. Questa combinazione è alla base della pratica HSLA (High Strength-low{2}}lega).
| Applicazione | Tipica aggiunta V | Funzione |
|---|---|---|
| Piastra HSLA e sezioni strutturali | 0.04–0.10% | Aumento della forza con rotolamento controllato |
| Tubi di linea fino a X70 / X80 | 0.03–0.08% | Forza con tenacità alle basse-temperature |
| Forgiatura e acciai per molle | 0.10–0.20% | Controllo della temprabilità, resistenza al rinvenimento |
| Acciai per utensili e stampi per lavorazione a caldo- | 0.8–2.0% | Resistenza all'usura da particelle dure di VC |
| Leghe di titanio come Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al | fino al 15% | Stabilizzazione della fase beta- |
La piastra strutturale conforme a ASTM A572/A572M grado 50 deve raggiungere un limite di snervamento minimo di 345 MPa e l'acciaio per tubazioni conforme a API 5L grado X70 un minimo di 485 MPa. Entrambi vengono normalmente incontrati con microleghe di vanadio e niobio piuttosto che con il solo carbonio.
Principali industrie-di utilizzo
Edilizia e infrastrutture.Travi di ponti, colonne di grattacieli, rotaie di gru e strutture offshore utilizzano sezioni e piastre microlegate V- laddove la riduzione del peso è importante. Il minor contenuto di carbonio migliora anche la saldabilità in cantiere.
Automobilistico.Il vanadio viene utilizzato nella forgiatura degli acciai per alberi a gomiti, bielle e parti di trasmissione, negli acciai per molle e nei componenti della carrozzeria-stampati a caldo e temprati a pressione-. La lega consente a un fornitore di raggiungere un obiettivo di resistenza con un'analisi più snella e saldabile.
Aerospaziale e difesa.Le leghe di titanio con 10–15% V vengono utilizzate per le parti della cellula e dei carrelli di atterraggio, mentre gli acciai per utensili per cuscinetti al vanadio vengono utilizzati per stampi di forgiatura e utensili da taglio.
Energia.I tubi ad alta-pressione, le linee di trasporto di idrogeno e CO2 e la piastra dei recipienti a pressione-si affidano al vanadio per il mantenimento della resistenza alla temperatura di servizio. Il pentossido di vanadio, la materia prima per il FeV, è anche la materia prima per l'elettrolita della batteria a flusso redox di vanadio, dove è specificato un contenuto di V2O5 pari o superiore al 99%.
Recupero e controllo dei costi
Il recupero del vanadio nel bagno di acciaio è normalmente pari al 90–95% per l'aggiunta di grumi effettuata dopo la disossidazione e inferiore quando l'aggiunta viene effettuata in scorie ossidanti o troppo presto a caldo. La resa diminuisce ulteriormente se la polvere fine viene aggiunta manualmente anziché con filo animato. Per il controllo dei costi, gli acquirenti confrontano il prezzo per chilogrammo di vanadio contenuto anziché il prezzo per tonnellata di lega e trattengono l'aggiunta finché il potenziale di ossigeno del bagno non è basso. La movimentazione di prodotti sfusi in big bag da 1 t o 1,25 t, con fodere-protette dall'umidità, mantiene basse le perdite di screening e la generazione di multe.
Controlli di qualità prima dell'accettazione
Il campionamento dovrebbe essere prelevato dal flusso frantumato, non dalla superficie di un big bag, perché le frazioni ricche di vanadio-ricche e di ferro-si separano durante la manipolazione. La fluorescenza a raggi X- fornisce un controllo rapido sulla gamma del vanadio, mentre l'analisi della combustione conferma il carbonio. Lo zolfo e il fosforo sono i due residui che molto spesso esulano dalle specifiche, e il contenuto di alluminio è importante laddove il produttore di acciaio non può permettersi un carico di disossidazione aggiuntivo. Per racchiudere ciascuna analisi è necessario utilizzare materiali di riferimento certificati.
Domande frequenti
Q:A cosa serve il ferrovanadio?
R: Viene utilizzato quasi interamente come additivo nella produzione dell'acciaio: per rinforzare piastre, sezioni e tubi HSLA, per controllare la temprabilità negli acciai per forgiatura e per molle, per aggiungere resistenza all'usura agli acciai per utensili e per stabilizzare la fase beta nelle leghe di titanio.
Q:Qual è la differenza tra FeV50 e FeV80?
R: FeV50 contiene il 48–52% di vanadio e FeV80 ne contiene il 78–82%. Il FeV80 trasporta meno ferro per chilogrammo di vanadio, quindi i costi di trasporto e movimentazione per unità contenuta sono inferiori, mentre il FeV50 si dissolve più facilmente in alcune pratiche di siviera.
Q:Quanto vanadio viene aggiunto all'acciaio HSLA?
R: I livelli tipici di microlega sono pari allo 0,03–0,10% di vanadio nell'acciaio finito, che normalmente viene aggiunto come circa 1–2,5 kg di FeV80 per tonnellata di acciaio.
Q:Qual è il recupero tipico del vanadio in siviera?
R: È possibile ottenere un recupero del 90–95% quando l'aggiunta viene effettuata dopo la disossidazione con una buona agitazione. Il recupero diminuisce quando la scoria è ossidata, quando l'aggiunta viene effettuata troppo presto o quando la polvere fine viene caricata manualmente.
Q:Quale dimensione delle particelle dovrebbe essere ordinata?
R: Grumo da 10–50 mm per il caricamento nel forno, 3–10 mm frantumato per la maggior parte delle aggiunte in siviera e meno di 3 mm in polvere per il filo animato. Il dimensionamento è solitamente certificato rispetto ai setacci di prova ASTM E11.
Q:Quali standard definiscono i gradi di ferrovanadio?
R: ASTM A102/A102M e GB/T 4139 specificano entrambi gli intervalli di vanadio e i limiti di impurità per grado; le consegne sono normalmente certificate rispetto a uno di questi più un'analisi indipendente del lotto.