یکی از پرکاربردترین فروآلیاژهای مورد استفاده در صنایع مختلف، به ویژه صنعت فولاد، فرومنگنز است. این آلیاژ از طریق حرارت دهی شدید مخلوطی از کربن و اکسید منگنز – معمولاً به صورت زغال سنگ – تولید می شود. فرایند ساخت فرومنگنز معمولاً در کوره های حرارتی استوانه ای شکل انجام می گیرد. منگنز به عنوان عنصر اصلی و غالب در ترکیب این فروآلیاژ نقش دارد. البته در کنار منگنز، عناصر دیگری همچون کربن، فسفر، گوگرد و برخی ترکیبات دیگر نیز در ساخت آن استفاده می شوند. میزان کربن به کاررفته در فرآیند تولید، موجب تولید سه نوع اصلی فرومنگنز می گردد که شامل انواع کم کربن، متوسط کربن و پرکربن است. هر یک از این انواع با توجه به درصد کربن موجود در ترکیب خود، در صنایع مختلف کاربردهای متفاوتی دارند. در ادامه این مطلب، به بررسی کامل این فروآلیاژ مهم قیمت انواع محصولات فولادی مانند قیمت ورق گالوانیزه و معرفی انواع آن می پردازیم تا شناخت جامعی از فرومنگنز و کاربردهای آن پیدا کنید.
فرومنگنز چیست؟
فرومنگنز یکی از مهم ترین فروآلیاژها به شمار می رود که در ترکیب خود عناصری مانند آهن، منگنز، کربن، گوگرد، فسفر و سایر مواد معدنی دارد. سهم منگنز در این آلیاژ معمولاً بین ۶۵ تا ۹۵ درصد است و این عنصر بیشترین حجم ترکیب را به خود اختصاص می دهد. همان طور که پیش تر اشاره شد، بسته به میزان کربن مصرفی در فرآیند تولید، فرومنگنز به سه دسته اصلی کم کربن، متوسط کربن و پرکربن تقسیم می شود. در واقع، تفاوت در درصد کربن باعث ایجاد تفاوت های ساختاری و کاربردی در این سه نوع آلیاژ می شود.
فرومنگنزها عمدتاً در صنایع فولاد کاربرد گسترده ای دارند، چرا که خواص مهمی مانند اکسیژن زدایی و گوگردزدایی را دارا هستند. کشور ما بخش قابل توجهی از نیاز خود به فرومنگنز را از طریق واردات تأمین می کند. کشورهای اصلی صادرکننده این فروآلیاژ به ایران شامل هند، چین، امارات متحده عربی و کره جنوبی هستند.
از نظر تاریخی، استفاده از فرومنگنز در صنعت فولاد نخستین بار در سال ۱۸۵۶ میلادی توسط فردی به نام «رابرت فورستر مشت» صورت گرفت. وی دریافت که این آلیاژ نقش مؤثری در بهبود خواص مکانیکی فولاد، از جمله مقاومت در برابر نورد و افزایش استحکام آن در فرآیند آهنگری ایفا می کند.
برای شناسایی فرومنگنز باکیفیت، شناخت ویژگی ها و مشخصات ظاهری آن ضروری است. برخی از این ویژگی ها عبارتند از:
- شکل ظاهری کلوخه ای دارد.
- فاقد هرگونه آخال غیرفلزی و آلودگی های بیرونی است.
- بدون بو و فاقد رطوبت می باشد.
- چگالی آن حدود ۴ تن بر متر مکعب است.
- سطحی فلزی و رنگ نقره ای دارد که در صورت اکسید شدن به رنگ تیره تغییر می کند.
- اشتعال پذیر نبوده و در آب نیز حل نمی شود.
- به صورت جامد، ریز و الک شده در بازار عرضه می گردد.
- نقطه ذوب آن بسته به نوع گرید، بین ۱۰۵۰ تا ۱۲۶۰ درجه سانتی گراد متغیر است.
انواع فرومنگنز
فرومنگنزها بر اساس میزان کربن موجود در ترکیب خود به سه دسته تقسیم می شوند:
فرومنگنز پرکربن
رایج ترین نوع فرومنگنز، نوع پرکربن آن است که حاوی حدود ۸ درصد کربن می باشد. این آلیاژ به دلیل کیفیت بالا و دوام زیاد، در صنعت فولادسازی بسیار پرکاربرد است. ترکیبات این نوع فرومنگنز شامل حدود ۷۹٪ منگنز، ۲٪ سیلیسیم، ۰.۳٪ فسفر، ۸٪ کربن و ۰.۲۵٪ گوگرد می باشد. تولید آن به طور مستقیم از ذوب سنگ معدن منگنز انجام می شود. به همین دلیل، علاوه بر صنعت فولاد، در صنایع ریخته گری و جوشکاری نیز کاربرد دارد.
مزایای فرومنگنز پرکربن:
- مقاومت بالا در برابر خوردگی
- استحکام زیاد و خاصیت آنتی اکسیدانی بالا
- ترکیب شیمیایی دقیق و فاقد ناخالصی
- دارای نقطه ذوب پایین
فرومنگنز متوسط کربن (MCFeMn)
فرومنگنز متوسط کربن، که با علامت اختصاری MCFeMn نیز شناخته می شود، در دمای ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد و معمولاً در کوره های بلند یا قوس الکتریکی تولید می گردد. در ساخت این آلیاژ از حدود ۰.۸ تا ۱.۵ درصد کربن، سنگ منگنز با عیار ۴۰٪ و اکسید آهن استفاده می شود. از جمله کاربردهای آن می توان به صنایع ریخته گری، ساخت الکترود و موارد مشابه اشاره کرد. استفاده از این نوع فرومنگنز در ریخته گری موجب بهبود ساختار آهن مذاب، جلوگیری از تشکیل ناخالصی ها و افزایش گرافیت می گردد.
ویژگی های فرومنگنز متوسط کربن:
- انعطاف پذیری بالا
- مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی
- دوام و ماندگاری طولانی
فرومنگنز کم کربن
این نوع فرومنگنز دارای درصد بسیار کمی کربن (کمتر از ۱٪) و درصد بالایی از منگنز (حدود ۸۰٪) است. همچنین در ترکیب آن مقادیری از گوگرد، فسفر و سیلیکون نیز استفاده می شود. به دلیل همین ترکیب، کاربرد اصلی آن در صنعت جوشکاری است. با وجود کربن کم، این آلیاژ از مقاومت و کیفیت بالایی برخوردار است.
خواص فیزیکی و شیمیایی فرومنگنز
فرومنگنز یکی از آلیاژهای مهم آهن و منگنز است که به طور گسترده در صنایع متالورژی، به ویژه در تولید فولاد، کاربرد دارد. این ترکیب به دلیل ویژگی های خاص فیزیکی و شیمیایی، نقش کلیدی در بهبود کیفیت محصولات فولادی ایفا می کند.
ظاهر و ساختار فیزیکی
فرومنگنز معمولاً به شکل جامد، کلوخه ای و با سطحی نقره ای رنگ و درخشان مشاهده می شود. با گذشت زمان و در اثر تماس با هوا، سطح آن ممکن است به دلیل اکسید شدن تیره شود. این آلیاژ نسبت به منگنز خالص، دارای ساختار بلوری بزرگ تری است که بر ویژگی های مکانیکی آن اثرگذار است.
نقطه ذوب و چگالی
نقطه ذوب فرومنگنز بسته به ترکیب درصدی منگنز و ناخالصی ها، در بازه ای بین ۱۰۵۰ تا ۱۲۶۰ درجه سانتی گراد قرار دارد. چگالی آن نیز معمولاً در حدود ۷.۳ تا ۷.۴ گرم بر سانتی متر مکعب است که برای کاربردهای صنعتی مناسب است.
واکنش پذیری و پایداری شیمیایی
فرومنگنز به دلیل داشتن خاصیت اکسیدزدایی، در فرآیند تولید فولاد بسیار ارزشمند است. این آلیاژ با اکسیژن موجود در مذاب واکنش داده و آن را به صورت اکسیدهای نامطلوب حذف می کند. همچنین با گوگرد واکنش داده و سولفید منگنز تشکیل می دهد که موجب بهبود خواص نهایی فولاد می شود.
کاربردهای صنعتی فرومنگنز
- صنعت فولادسازی
فرومنگنز یکی از عناصر کلیدی در تولید فولاد است. این ماده باعث افزایش سختی، استحکام و کاهش ناخالصی هایی مانند گوگرد و اکسیژن در فولاد می شود که نتیجه آن تولید فولادی باکیفیت تر و مقاوم تر است.
- صنعت ریخته گری
در فرآیند ریخته گری چدن، فرومنگنز به عنوان یک افزودنی مهم عمل کرده و موجب بهبود ساختار میکروسکوپی، افزایش سختی و کاهش عیوب ریخته گری می شود.
- تولید الکترودهای جوشکاری
فرومنگنز در ترکیب پوشش الکترودهای جوشکاری نیز استفاده می شود. این آلیاژ با کاهش میزان اکسیژن و نیتروژن در حین عملیات جوشکاری، از ترک خوردگی جلوگیری کرده و کیفیت جوش را بهبود می بخشد.
مزایای استفاده از فرومنگنز در تولید فولاد
استفاده از فرومنگنز در فرآیند تولید فولاد، مزایای متعددی به همراه دارد، از جمله:
- افزایش استحکام و سختی: منگنز موجود در فرومنگنز، ساختار فولاد را تقویت کرده و مقاومت آن را در برابر ضربه و سایش افزایش می دهد.
- کاهش شکنندگی: با حذف گوگرد و اکسیژن، شکنندگی فولاد کاهش یافته و چقرمگی آن بهبود می یابد.
- بهبود مقاومت سایشی: فولاد حاوی فرومنگنز در برابر سایش مقاومت بیشتری دارد و در نتیجه طول عمر قطعات افزایش می یابد.
با توجه به این ویژگی ها، فرومنگنز یکی از افزودنی های حیاتی در صنایع فولاد و متالورژی به شمار می آید و نقش مهمی در ارتقای کیفیت محصولات فلزی دارد.
کاربردهای فرومنگنز
اکنون که با انواع فرومنگنز آشنا شدید، بهتر است نگاهی به کاربردهای وسیع آن داشته باشیم. فرومنگنز، به واسطه ویژگی های منحصربه فرد خود، در صنایع مختلف کاربرد دارد. از جمله مهم ترین آن ها:
- تولید انواع کودهای شیمیایی و کشاورزی
- بهبود خواص مکانیکی فولاد و افزایش کیفیت آن
- افزایش سختی چدن
- استفاده در ساخت لاک های رنگی
- کاربرد در ساخت مواد اکسیدکننده، ضدعفونی کننده و…
- کاهش شکنندگی فولاد در فرآیند ساخت
- جایگزین نیکل در ساخت فولادهای ضد زنگ
جمع بندی نهایی
در این مطلب تلاش شد تا اطلاعات کاملی در رابطه با فرومنگنز، انواع مختلف آن و کاربردهای متنوعش ارائه شود. همان طور که بیان شد، اصلی ترین کاربرد فرومنگنز در صنعت فولادسازی است؛ جایی که این فروآلیاژ نقش مهمی در افزایش استحکام و دوام فولاد ایفا می کند. چنانچه درباره این محصول یا سایر فروآلیاژها پرسشی دارید یا نیاز به مشاوره تخصصی دارید، کارشناسان ما در فولادکو همواره آماده پاسخ گویی به شما هستند. در هر ساعت از شبانه روز می توانید با ما در ارتباط باشید و از راهنمایی تخصصی تیم ما بهره مند شوید.