Ферровольфрам

Ферровольфрам - это сплав железа и вольфрама, содержащий от 65% до 85% вольфрама, является основным источником введения тугоплавкого и тяжелого вольфрама в стальные расплавы. Уникальные свойства вольфрама — самая высокая среди металлов температура плавления (3420°C), высокая плотность и твердость — в полной мере передаются сталям и сплавам, легированным через ферровольфрам.

Что такое ферровольфрам

Ферровольфрам представляет собой сплав железа и вольфрама, помимо вольфрама и железа, сплав может содержать до 7% молибдена, а также примеси кремния, марганца, углерода, серы, фосфора, меди, мышьяка, олова и других элементов, содержание которых строго регламентируется стандартами.

Технические требования 

Качество ферровольфрама регулируется межгосударственным стандартом ГОСТ 17293-93, который гармонизирован с международным стандартом ISO 5450:1980 . Стандарт устанавливает технические требования к ферровольфраму для сталеплавильной и литейной промышленности, правила приемки и методы испытаний.

Химический состав

ГОСТ 17293-93 устанавливает несколько марок ферровольфрама, различающихся содержанием вольфрама и предельным содержанием примесей. Маркировка осуществляется буквами ФВ (ферровольфрам) и цифрами, указывающими минимальное содержание вольфрама.

Марка ФВ80 содержит не менее 80% вольфрама, при этом содержание молибдена допускается до 6,0%, кремния до 0,8%, углерода до 0,10%, фосфора до 0,03%, серы до 0,02%. Особо жестко нормируются цветные металлы и мышьяк: медь не более 0,10%, мышьяк не более 0,04%, олово не более 0,04%, свинец, висмут и сурьма — не более 0,01% каждого.

Марка ФВ75 содержит не менее 75% вольфрама, до 7,0% молибдена, до 1,1% кремния, до 0,15% углерода, до 0,04% фосфора, до 0,04% серы. Содержание алюминия в этой марке может достигать 5,0%.

Марка ФВ70 содержит не менее 70% вольфрама, до 7,0% молибдена, до 2,0% кремния, до 0,2% углерода, до 0,06% фосфора, до 0,06% серы, алюминия до 6,0%.

Марка ФВ65 содержит не менее 65% вольфрама, до 6,0% молибдена, до 1,2% кремния, до 0,7% углерода, до 0,10% фосфора, до 0,15% серы.

Помимо основных марок, стандарт предусматривает также марки ФВ72 и другие, отличающиеся более жесткими ограничениями по примесям.

Контролируемые примеси

ГОСТ 17293-93 устанавливает жесткие лимиты на содержание вредных примесей, которые могут ухудшать свойства конечной продукции. Особенно строго контролируются фосфор, сера, мышьяк, олово, свинец, висмут и сурьма, так как эти элементы даже в малых количествах снижают механические свойства и технологичность сталей. Методы определения химического состава регламентируются комплексом стандартов ГОСТ 14638.

Технология производства

Ферровольфрам получают из вольфрамовых концентратов — вольфрамита (Fe,Mn)WO4 и шеелита CaWO4, которые после обогащения содержат 55-65% WO3 . В зависимости от требуемой марки применяют различные металлургические процессы.

Производство марок с высоким содержанием вольфрама

Марки ФВ80 и ФВ75 с содержанием вольфрама более 75% получают преимущественно алюминотермическим способом в дуговых печах . Шихта состоит из вольфрамового концентрата, порошка первичного алюминия, железной обсечки, окалины, молотой извести и натриевой селитры . Тепла, выделяющегося при восстановлении триоксида вольфрама алюминием, недостаточно для автономной внепечной плавки, поэтому процесс ведут в электропечах с дополнительным подводом энергии. Удельный расход электроэнергии составляет около 425 кВт·ч на тонну, извлечение вольфрама достигает 99%.

Производство марок со средним содержанием вольфрама

Марки ФВ70 и ФВ65 выплавляют углеродосиликотермическим способом в рудовосстановительных печах мощностью 2,5-5,0 МВА с магнезитовой футеровкой. В составе шихты используются вольфрамовый концентрат, нефтяной или пековый кокс, гранулированный ферросилиций, стальная стружка и вольфрамсодержащий шлак. Основным восстановителем выступает углерод кокса, связывающий около 60% кислорода, остальной кислород связывается кремнием ферросилиция.

Процесс ведут непрерывно циклами с вычерпыванием сплава в «тестообразном» состоянии специальными стальными ложками. После получения шлака с содержанием WO3 ниже 0,25% его выпускают из печи. Удельный расход электроэнергии при такой технологии достигает 3550 кВт·ч на тонну.

Характеристики

Ферровольфрам имеет сложную многофазную структуру, которая может содержать фазу чистого вольфрама, интерметаллид Fe7W6 и твердый раствор железа в вольфраме. Основные физические параметры:

• плотность — 6,7-7,0 г/см³ (зависит от содержания вольфрама)

• температурный интервал плавления — 1470-1570°С

• внешний вид — куски неправильной формы с металлическим блеском от серого до темно-серого цвета

Фракционный состав и упаковка

Ферровольфрам изготавливают дробленым в кусках, проходящих через сетку с размерами квадратных ячеек 100×100 мм . Стандарт регламентирует отсутствие загрязнений песком, шлаковых и инородных включений в структуре, хотя следы противопригарных материалов и окисной пленки допускаются.

Упаковка осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 26590-85. Наиболее распространенная тара — стальные барабаны вместимостью до 100-150 кг, деревянные ящики или специальные мягкие контейнеры (биг-бэги) с полиэтиленовыми вкладышами. Поверхность кусков должна быть чистой, без видимых загрязнений.

Применение в промышленности

Основная область применения ферровольфрама — производство инструментальных и быстрорежущих сталей. Вольфрам в составе этих сталей обеспечивает уникальное сочетание твердости, красностойкости (способности сохранять твердость при нагреве до высоких температур) и износостойкости. Классические быстрорежущие стали содержат от 6% до 18% вольфрама, вводимого исключительно через ферровольфрам.

Жаропрочные и специальные сплавы

Введение вольфрама в жаропрочные сплавы для авиакосмической промышленности и энергетического машиностроения позволяет повысить сопротивление ползучести и длительную прочность при рабочих температурах до 800-900°C. Вольфрам упрочняет твердый раствор и замедляет диффузионные процессы, ответственные за разупрочнение при нагреве.

Влияние на структуру и свойства сталей

Присадка вольфрама в сталь в виде ферровольфрама задерживает рост зерна при нагреве, создавая мелкозернистую структуру. Это повышает ударную вязкость и общий комплекс механических свойств. Кроме того, вольфрам увеличивает твердость, пределы прочности и текучести стали при незначительном уменьшении относительного удлинения, повышает теплостойкость и стойкость против отпуска. В магнитных материалах вольфрам улучшает интенсивность и скорость намагничивания.

Разновидности ферровольфрам

По содержанию вольфрама. Для производства быстрорежущих и инструментальных сталей требуются богатые марки ФВ80 или ФВ75, обеспечивающие минимальное содержание примесей. Для конструкционных сталей и менее ответственных применений могут использоваться марки ФВ70 и ФВ65.

По содержанию примесей. Если сталь предназначена для ответственных сварных конструкций или работы в экстремальных условиях, необходимы марки с пониженным содержанием фосфора, серы, мышьяка и цветных металлов. Особое внимание следует обращать на содержание олова, свинца, висмута и сурьмы, которые даже в сотых долях процента могут вызывать хрупкость.

По фракции. Для индукционных печей и точной подшихтовки удобна дробленка с размером кусков до 50-70 мм. Для крупных дуговых печей допустимы куски до 100 мм.

Транспортировка и хранение

Транспортировка ферровольфрама осуществляется крытым транспортом. Продукция должна быть надежно упакована для исключения механических повреждений и попадания влаги. Хранение производится в закрытых складских помещениях с контролируемой влажностью, исключающих воздействие атмосферных осадков. Биг-бэги с полиэтиленовыми вкладышами обеспечивают дополнительную защиту при длительном хранении.