I. Hlavní aplikace: ocelářský průmysl (více než 90% podíl)
Ocelářský průmysl je největším spotřebitelem ferochromových slitin. Různý obsah uhlíku-ferochrom odpovídá různým druhům oceli, přičemž jeho hlavní funkcí je zlepšit vlastnosti oceli prostřednictvím „legování“.
1. Výroba nerezové oceli (primární aplikace)
Základní vlastnost -korozní odolnosti- nerezové oceli v zásadě závisí na „pasivačním filmu“ (Cr₂O₃) tvořeném chromem na povrchu oceli. Tento film izoluje kyslík a vodu a zabraňuje korozi. Ferochromové slitiny slouží jako primární zdroj chrómu při tavení nerezové oceli, přičemž obsah uhlíku přímo určuje typ nerezové oceli:
Vysokouhlíkové chromové železo (C > 4 %): Používá se k tavení martenzitické nerezové oceli (např. oceli 410, 420). Tento typ klade důraz na tvrdost a pevnost, široce se používá v příborech, ventilech, mechanických dílech atd. (vyžaduje střední odolnost proti korozi a je citlivý na náklady-).
Střední-uhlík a chrom železo (0,5 %-4 %): Používá se k výrobě feritické nerezové oceli (např. oceli 430), běžně se vyskytující v krytech spotřebičů a dekorativních materiálech (nabízí lepší odolnost proti korozi než martenzitická ocel za nižší cenu než austenitická ocel).
Nízko{0}}uhlíkové/ultra-nízké-uhlíkové chromové železo (C < 0,5 %, ultra-nízké C < 0,15 %): Používá se k výrobě austenitických nerezových ocelí (např. ocel 304, 316) a ultra-nízkouhlíkových-nerezových ocelí L61 (eguhlíková 3). Tyto nerezové oceli vykazují výjimečnou odolnost proti korozi, vyžadující přísnou kontrolu obsahu uhlíku (uhlík reaguje s chromem za vzniku karbidů, ochuzuje chrom a narušuje pasivační vrstvu). Jsou široce používány v chemických zařízeních, lékařských zařízeních, strojích na zpracování potravin a{17}}kvalitním kuchyňském nádobí.
Například: Nerezová ocel 304 obsahuje přibližně 18 % chrómu, přičemž téměř veškerý chrom pochází ze slitiny chromového železa; 316L (ultra-nízkouhlíkové) musí používat mikro-uhlíkové chromové železo, aby byl zajištěn obsah uhlíku < 0,03 %.
2. Nástrojová ocel a zápustková ocel: Zvýšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení
Nástrojové oceli (např. rychlořezná ocel) a zápustkové oceli (oceli pro tváření za studena/za tepla) snášejí tření a nárazy o vysoké-intenzitě. Přidání slitin chromového železa zvyšuje výkon jádra prostřednictvím „zpevnění roztokem“ a „zpevnění karbidem“:
Vysokouhlíkové{0}chromové železo: Používá se pro nástrojové oceli pro tváření za studena- (např. ocel Cr12) s přibližně 12% obsahem chromu. Tvoří karbidy Cr₇C₃ s vysokou-tvrdostí, což umožňuje formám odolat opotřebení lisováním za studena a vytlačováním za studena. Vhodné pro výrobu lisovacích nástrojů, nůžek atd.
Středně-až{1}}nízkouhlíkový ferochrom: Používá se ve rychlořezných{2}}ocelích (např. W18Cr4V), kde chrom zvyšuje tvrdost červené barvy (schopnost udržet tvrdost při zvýšených teplotách). To zabraňuje měknutí při vysokorychlostním řezání, takže je vhodné pro frézy na obráběcích strojích, vrtáky a podobné aplikace.
3. Ložisková ocel: Prodloužená únavová životnost
Ložiska snášejí během provozu vysokofrekvenční střídavé zatížení, což vyžaduje mimořádnou odolnost proti opotřebení a únavovou odolnost. Slitiny chromového železa (především střední-uhlíkové chromové železo) slouží jako kritická aditiva v ložiskových ocelích, jako je GCr15:
S obsahem přibližně 1,5 % chrómu tvoří s uhlíkem jemné, jednotné karbidy Cr23C6. Tyto karbidy se rovnoměrně distribuují v ocelové matrici, zvyšují tvrdost (zabraňují opotřebení) a zároveň brání šíření trhlin (prodlužují únavovou životnost). Jsou široce používány v ložiskových kuličkách/oběžných drahách pro automobily, obráběcí stroje a elektromotory.
4. Vysoce{1}}pevnostní konstrukční ocel: Zvýšení houževnatosti a odolnosti vůči povětrnostním vlivům
Odvětví, jako jsou stavební stroje (rypadla, věžové jeřáby), mosty a{0}}výškové budovy, vyžadují konstrukční ocel s „vysokou pevností + vysokou houževnatostí“. Slitiny chromového železa (středně-nízkouhlíkové) synergizují s prvky, jako je mangan a křemík:
Zvýšení meze kluzu (např. vysokopevnostní ocel Q690-) při zamezení zvýšené křehkosti;
Nízký obsah chrómu (1%-3%) zlepšuje odolnost vůči povětrnostním vlivům (odolnost proti atmosférické korozi) u venkovních mostů, kontejnerů atd. (známé jako "ocel proti povětrnostním vlivům").
5. Oceli se speciálními vlastnostmi: Speciální aplikace pro tepelnou odolnost a odolnost proti korozi
Žáruvzdorné-oceli (např. trubky elektrárenských kotlů, součásti leteckých motorů): Slitiny chromového železa (středně-nízkouhlíkové) v kombinaci s niklem, wolframem atd. vytvářejí stabilní oxidové filmy, které zabraňují oxidaci při vysokých teplotách a zároveň zvyšují pevnost při vysokých-teplotách;
Kyselině-odolná ocel (např. chemické skladovací nádrže, mořicí nádrže): Spoléhá na vysoký obsah chrómu (17 %-25 %) a vyžaduje nízkouhlíkové chromové železo k zajištění odolnosti vůči korozi v silně kyselém prostředí (např. kyselina sírová, kyselina dusičná).
II. Sekundární aplikace: odlévání, svařování a další oblasti
1. Slévárenský průmysl: Výroba odlitků- odolných proti opotřebení
Sektor odlévání vyžaduje velké množství odlitků s „vysokou-tvrdostí a odolností proti opotřebení- (např. mlecí koule, vložky drtičů, pouzdra válců cementových mlýnů). Tyto odlitky jsou převážně z „vysoko-chromové litiny“, přičemž chrom pochází výhradně z vysoce-uhlíkového ferochromu:
Míchání vysokouhlíkového chromového železa (C > 6 %) s roztaveným železem zvyšuje obsah chromu v odlitcích na 12 % až 30 %, čímž se tvoří hojné karbidy Cr₇C₃ (tvrdost až HV1300, daleko přesahující běžnou litinu). Jejich odolnost proti opotřebení je 5-10krát větší než u standardní litiny, díky čemuž jsou široce používány v mlecích a drtících zařízeních pro těžbu, stavební materiály a metalurgický průmysl.
2. Svařovací materiály: Zajištění výkonu svaru
Při svařování nerezové oceli nebo vysokopevnostní oceli{0}} musí složení a vlastnosti svaru odpovídat základnímu materiálu, aby se zabránilo korozi nebo praskání. Slitiny chromového železa (obvykle nízký-uhlík/mikro{3}}uhlík) slouží jako kritické přísady v elektrodách potažených tavidly a svařovacích drátech:
Například: Svařovací dráty pro nerezovou ocel 304 vyžadují mikro-uhlík a železo v tavidlovém povlaku, aby byl zajištěn obsah chrómu ve svaru vyšší nebo rovný 18 %, což odpovídá základnímu materiálu a zabraňuje korozi v důsledku nedostatku chrómu.
Svařovací dráty pro vysoko{0}}pevnostní konstrukční ocel využívají přídavky středně-uhlíkového chromželeza, čímž se zvyšuje pevnost a houževnatost svaru, aby se zabránilo zlomení spoje.
3. Ostatní: Deoxidace, odsíření a speciální slitiny
Dezoxidační/odsiřovací činidlo: Křemíková-slitina chrómu (obsahující 40 %-45 % křemíku, 30 %-35 % chrómu) nejen dodává chrom, ale funguje také jako deoxidační a odsiřovací činidlo při výrobě oceli - - Křemík se při desulfuraci přednostně kombinuje s kyslíkem křemíku₂ za vzniku snížení škodlivých nečistot (kyslík a síra snižují houževnatost oceli) v ocelích. Používá se pro výrobu vysoce kvalitních ocelí s nízkým-kyslíkem a nízkým obsahem síry;
Speciální slitiny: Malé množství ferochromu se používá při výrobě slitin na bázi niklu-a slitin na bázi kobaltu- (jako jsou slitiny pro letectví a kosmonautiku pro vysoké teploty-), ale tento podíl je extrémně nízký a nejde o běžné použití.
Shrnutí
Ferochromové slitiny slouží jako „umožňovače výkonu“ moderního průmyslu, přičemž jejich základní hodnota spočívá v tom, že prostřednictvím chromu propůjčují materiálům tři klíčové vlastnosti: odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení a vysokou pevnost. Od běžného kuchyňského nádobí z nerezové oceli po průmyslová chemická zařízení a stavební stroje a rozšíření do špičkových{1}}aplikací, jako jsou lékařská zařízení a součásti leteckých motorů,-to vše závisí na podpoře slitin ferochromu. Mezi nimi výroba nerezové oceli představuje její nejkritičtější aplikaci, která přímo určuje globální výrobní kapacitu a poptávku po ferochromových slitinách.
