فرومنگنز چیست و انواع آن؟ پرکربن-کم‌کربن-متوسط کربن

فرومنگنز یک نوع فروآلیاژ فلزی است که از ترکیب آهن و منگنز به دست می‌آید و در صنایع مختلف از جمله صنعت فولادسازی و چدن به کار می‌رود. با افزودن فرومنگنز به فولاد، خواص مکانیکی آن بهبود می‌یابد و استحکام کششی، سختی، سختی‌پذیری و کارپذیری آن بهبود پیدا می‌کند. 

همچنین، فرومنگنز به‌عنوان یک عنصر آلیاژی مؤثر، کمک می‌کند مواد زائدی مانند گوگرد و اکسیژن در کوره‌های فولادسازی حذف شود، از جمله تشکیل سولفید منگنز که در سرباره جدا شده و از مذاب فولاد خارج می‌شود. فرومنگنز به‌عنوان ماده اصلی برای تولید چدن و فولاد و آلیاژهای آهن استفاده می‌شود و بهبود مقاومت و کاهش شکنندگی و بهبود رفتار حرارتی فولاد را ایجاد می‌کند. 

در کل، فرومنگنز به‌عنوان یک فروآلیاژ، فلزی حیاتی و کاربردی در صنعت فولادسازی شناخته می‌شود و نقش مهمی در بهبود ویژگی‌های مکانیکی و عملکردی فولاد ایفا می‌کند.

فرومنگنزها به چند دسته تقسیم می‌شوند؟

فرومنگنز بر اساس میزان کربن حاوی در آن دسته‌بندی می‌شود. این دسته‌بندی شامل سه گروه زیر است:

فرومنگنز پرکربن(HCFeMn)

در این نوع فرومنگنز، مقدار کربن بالا است. فرومنگنز پرکربن یکی از فروآلیاژهای پرکاربرد و پرمصرف در جهان است. این آلیاژ به طور مستقیم از سنگ معدن منگنز ذوب می‌شود و در تولید فولاد و صنعت جوشکاری و ریخته‌گری کاربرد دارد. فرومنگنز پرکربن شامل حدود 6-7 درصد کربن و 70-80 درصد منگنز از وزن آلیاژ است.

فرومنگنز پرکربن در بسیاری از صنایع مانند صنعت هواپیما، کشتی‌سازی و ساخت‌وساز ساختمان‌ها استفاده می‌شود. علاوه بر این، این آلیاژ دارای ویژگی‌های زیادی است که شامل موارد زیر می‌شود:

• مقاومت در خوردگی: فرومنگنز پرکربن دارای مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی است و برای استفاده در شرایط آب‌وهوایی تنش‌زا و محیط‌های خورنده مناسب است.
• استحکام و ویژگی‌های آنتی‌اکسیدانی: این آلیاژ دارای استحکام بالا و ویژگی‌های آنتی‌اکسیدانی است که باعث می‌شود در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دماهای بالا مقاومت داشته باشد.
• ترکیبات شیمیایی بی‌نقص: فرومنگنز پرکربن دارای ترکیبات شیمیایی بسیار خالص است و ناخالصی‌ در آن وجود ندارد که این ویژگی به آن اعتمادپذیری و کیفیت بالا را می‌بخشد.
• نقطه ذوب پایین: فرومنگنز پرکربن دارای نقطه ذوب پایینی است که به معنای سهولت در فرایندهای ذوب و مورد استفاده قرار گرفتن آن است.

علاوه بر این ویژگی‌ها، فرومنگنز پرکربن دارای مزایای دیگری نیز است که می‌تواند بهبود در عملکرد و کارایی در برخی صنایع را به همراه داشته باشد. 

فرومنگنز کم‌کربن (Low Carbon Manganese)

در این نوع فرومنگنز، مقدار کربن کمتر است. معمولاً درصد کربن در فرومنگنز کم کربن، کمتر از 0.1٪ است. این نوع فرومنگنز بهبود مقاومت در برابر خستگی، تغییر شکل، و خواص مغناطیسی فولاد را فراهم می‌کند.

فرومنگنز کم‌کربن یک نوع فروآلیاژ فلزی است که در تولید انواع فولادهای آلیاژی و ضد زنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آلیاژ دارای مشخصات و آنالیز شیمیایی زیر است:

Mn (منگنز): بین 78-81٪

C (کربن): حداکثر 0.5٪

Si (سیلیسیم): حداکثر 0.7٪

P (فسفر): حداکثر 0.2٪

S (گوگرد): حداکثر 0.02٪

این فرومنگنز به‌صورت کلوخه با سایز ۶۰-۱۰ میلیمتر عرضه می‌شود. مبدأ آن چین است و در صنعت فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 فرومنگنز متوسط کربن (Medium Carbon Manganese)

در این نوع فرومنگنز، مقدار کربن در حد متوسط است و معمولاً درصد کربن بین 0.1٪ تا 1٪ قرار دارد. فرومنگنز متوسط کربن در برخی استفاده‌های خاص در صنعت فولادسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فرومنگنز به‌عنوان یک ماده معدنی پایه در فولادهای ضدسایش و فولادهای سازه‌ای استفاده می‌شود.

این دسته‌بندی بر اساس میزان کربن در فرومنگنز صورت می‌گیرد و هر کدام از این انواع دارای خواص و کاربردهای متفاوتی در صنعت فولادسازی هستند. فرومنگنز متوسط کربن (MCFeMn) یکی دیگر از انواع فرومنگنز است که در تولید فولاد و صنایع ریخته‌گری استفاده می‌شود. این آلیاژ در کوره‌های بلند و یا کوره‌های قوس الکتریکی تحت احیا تولید می‌شود. ترکیبی از سنگ منگنز (حدود 40 درصد)، اکسید آهن، کربن (در شکل کک و زغال‌سنگ) و سرباره سازهایی مانند آهک، کوارتز و دولومیت به این ماده تبدیل می‌شوند.

فرومنگنز متوسط کربن دارای کاربردهای متعددی در صنایع مختلف است. این آلیاژ به‌منظور تلقیح و کروی سازی در صنعت ریخته‌گری مورد استفاده قرار می‌گیرد و قادر به جلوگیری از تشکیل کاربیدها است. همچنین، با افزایش میزان گرافیت و کوتاه‌کردن زمان کروی سازی، کیفیت ریخته‌گری بهبود می‌یابد. استفاده از این آلیاژ می‌تواند از تشکیل ناخالصی در آهن مذاب جلوگیری کند و یا به طور قابل‌توجهی آن را کاهش دهد که این امر باعث کاهش انسداد ورودی آب کوره می‌شود و در نتیجه عمر مفید کوره ذوب افزایش می‌یابد.

در بعضی موارد، وجود کربن در ساختار ریختگی ممکن است به محصول آسیب وارد کند، و در این صورت فرومنگنز متوسط کربن مورداستفاده قرار می‌گیرد. همچنین، در فرایند ذوب فولاد که شامل گوگردزدایی و اکسید زدایی نیز می‌شود، این آلیاژ برای خنثی‌کردن اثرات منفی گوگرد و سایر مواد مضر استفاده می‌شود. با استفاده از فرومنگنز متوسط کربن که به‌عنوان یک اکسیدکننده با گوگرد ترکیب شده و سولفور منگنز را تولید می‌کند، تأثیرات نامطلوب آن کاهش می‌یابد. در نتیجه، استحکام، کیفیت و سختی فولاد با این ویژگی‌ها افزایش می‌یابد.

تعدادی از ویژگی‌های فرومنگنز 

• فرومنگنزها به‌صورت جامد و ظاهری کلوخی شکل دارند.
• تا زمانی که فرومنگنزها خشک هستند، فاقد بو هستند.
• معمولاً سطح فرومنگنزها شبیه به فلز و با رنگ نقره‌ای است.
• درصورتی‌که فرومنگنزها به مدت طولانی انبار شوند و زمان بگذرد، لایه‌های تیره‌ای از اکسیدها بر روی سطح آن‌ها شکل می‌گیرد.
• فرومنگنزها به طور معمول عاری از آلودگی هستند.
• معمولاً فرومنگنزها به‌صورت خرد شده یا الک شده به بازار عرضه می‌شوند.
• چگالی فرومنگنز بین 7.3 تا 7.4 گرم بر سانتیمتر مکعب است و چگالی حجمی آن 4 تن بر مترمکعب است.
• نقطه ذوب فرومنگنز بین 1050 تا 1260 درجه سانتیگراد است که با توجه‌ به ویژگی‌های شیمیایی ممکن است متغیر باشد.
• فرومنگنزها غیر قابل اشتعال و نامحلول در آب هستند.
• فرومنگنزها با مواد دیگر وارد واکنش نمی‌شوند و غیر قابل واکنش‌پذیری هستند.

کاربردهای فرومنگنز چیست؟

فرومنگنز به‌عنوان یک فلز مهم در صنعت  کاربردهای متعددی دارد. برخی از کاربردهای فرومنگنز عبارت‌اند از:

• صنعت فولادسازی: فرومنگنز به‌عنوان یک عنصر آلیاژی حیاتی در صنعت فولادسازی استفاده می‌شود. با اضافه‌کردن فرومنگنز به فولاد، خواص آن از جمله استحکام، سختی، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر خوردگی بهبود می‌یابد.
• صنعت چدن: فرومنگنز در تولید چدن به‌منظور بهبود خواص مکانیکی و ریزساختار چدن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• صنایع شیمیایی: فرومنگنز در صنایع شیمیایی به‌عنوان کاتالیزور در فرایندهای شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• صنعت باتری: فرومنگنز به‌عنوان یک ماده اصلی در تولید باتری‌ها استفاده می‌شود، به‌خصوص در باتری‌های قابل‌شارژ.
• صنعت آلومینیوم: فرومنگنز در تولید آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیومی استفاده می‌شود و به بهبود خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خستگی آلومینیوم کمک می‌کند.
• صنایع آهنگری: فرومنگنز در تولید انواع اجزا و قطعات آهنگری استفاده می‌شود و بهبود خواص مکانیکی آنها را ایجاد می‌کند.
• صنایع خودروسازی: فرومنگنز در صنعت خودروسازی برای تولید قطعات و اجزا مورد استفاده قرار می‌گیرد و خواص مکانیکی و مقاومتی آنها را بهبود می‌بخشد.
• صنعت الکترونیک: فرومنگنز در تولید قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به‌خصوص در تولید ترانزیستورها و قطعات حافظه.

فرومنگنزها چه اندازه‌هایی دارند؟

در مورد اندازه فرومنگنزها، می‌توان گفت که اندازه آن‌ها معمولاً به‌صورت خرده‌ای است و می‌توان برحسب اندازه ذرات آن‌ها را دسته‌بندی کرد. اندازه فرومنگنزها ممکن است بین چند میلیمتر تا چند سانتیمتر باشد. با توجه‌ به نیاز صنعتی و کاربرد مورد نظر، اندازه مورد استفاده تعیین می‌شود. به طور معمول، فرومنگنزها در صورت استفاده در صنایع فولادسازی و فلزی به‌صورت خرد شده و الک شده عرضه می‌شوند تا بهترین استفاده ممکن را داشته باشند.

اندازه فرومنگنزهای پرکربن معمولاً به شکل زیر است:

20-80 میلیمتر با حداکثر 10 درصد خرده‌های ریزتر

10-50 میلیمتر با حداکثر 10 درصد خرده‌های ریزتر

3-25 میلیمتر با حداکثر 5 درصد خرده‌های ریزتر

اگر مقدار کربن در فرومنگنز اهمیت داشته باشد و نیاز به کنترل داشته باشد، می‌توان از فرومنگنز کم‌کربن یا فرومنگنز متوسط کربن استفاده کرد. باید توجه داشت که بعد از افزودن فلز آلیاژ، مقدار کربن را نمی‌توان کاهش داد. 

ویژگی‌های فرومنگنز پرکربن شامل کیفیت بالا، دوام زیاد، قیمت‌های رقابتی و غیره است.

همچنین، اضافه‌کردن ۳ درصد منگنز به ترکیب فولاد می‌تواند باعث افزایش ۱۰ برابری کشش فولاد شود.

توجه داشته باشید که دقیق‌ترین اطلاعات در مورد دانه‌بندی و کاربردها ممکن است بسته به شرایط و استانداردهای مختلف متفاوت باشد.

مرور نهایی

فرومنگنز به‌عنوان یک نوع فروآلیاژ فلزی با ترکیب آهن و منگنز مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع مختلفی از فرومنگنز وجود دارد، از جمله فرومنگنز پرکربن، فرومنگنز متوسط کربن و فرومنگنز کم‌کربن. هر نوع فرومنگنز ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارد. فرومنگنز در صنایع فولاد و چدن به‌عنوان یکی از مهم‌ترین فروآلیاژها شناخته می‌شود و مورد استفاده قرار می‌گیرد تا خواص فولاد را بهبود دهد، از جمله استحکام، سختی و مقاومت در برابر شکستگی. همچنین، فرومنگنز برای حذف مواد زائد مانند گوگرد و اکسیژن در فرایند تولید فولاد مورداستفاده قرار می‌گیرد. اندازه و دانه‌بندی فرومنگنزها نیز بسته به کاربردهای مختلف متفاوت است. با این‌ همه، مواد فرومنگنز معمولاً در شکل کلوخه و با خصوصیاتی مانند جامد بودن، ظاهری فلزی و نقره‌ای، و عدم قابلیت اشتعال و واکنش‌پذیری مشخص می‌شوند.