فروتیتانیوم چیست؟ 👷♂️ مزایا ، کاربردها و اهداف استفاده از آن چیست؟
یکی از مهم‌ترین جهت‌گیری‌ها در متالورژی مدرن، بهبود کیفیت محصولات با نرخ نسبتاً پایین افزایش تولید است. یعنی اولویت تولید مصالح سازه‌ای با مصرف فلز کمتر، اما با ارزش خواص مکانیکی بالا. لازم به ذکر است که این امر تنها از طریق ترکیب فروآلیاژهای مختلف همچون فرومنگنز، فروسیلیس، فروسیلیکو منگنز و… با آلیاژ مورد نظر حاصل می‌شود. یکی از موثرترین و رایج ترین انواع این فروآلیاژها، فرو آلیاژ فروتیتانیوم است.
فرو تیتانیوم، فروآلیاژی متشکل از تیتانیوم و آهن است که حداقل محتوای تیتانیوم آن بر حسب وزن، 20 درصد و حداکثر مقدار آن، 75 درصد است. لازم به ذکر است که فروتیتانیوم از ذوب مجدد یا احیا به دست می‌آید و همچنین ممکن است حاوی آلومینیوم، مس، سیلیکون و مقداری ناخالصی در مقادیر کم باشد. بر حسب ناخالصی‌های موجود در فروتیتانیوم، این محصول در چندین گرید مختلف به بازارهای جهانی عرضه می‌شود که از آن جمله می‌توان به گریدهای Fti25، Fti70S05، Fti30، Fti70S08، Fti70S1، Fti70S05Sn03، Fti57S7 و Fti35S8 اشاره داشت.
لازم به توضیح است که طبق مجموعه‌ای که توسط استاندارد دولتی ارائه شده است، شش گرید اصلی فرو تیتانیوم وجود دارد که محتوای تیتانیوم آن می‌تواند از 28 تا 75٪ متغیر باشد. همچنین بسته به اندازه ذرات فروتیتانیوم ، این گریدها دارای حداقل اندازه تا 3.2 میلی متر و حداکثر اندازه 50-200 میلی‌متر هستند. تحویل فروتیتانیوم به مصرف کنندگان می‌تواند به صورت قطعاتی که وزن آنها بیش از 15 کیلوگرم نیست، انجام شود.
ماهیت و کاربرد فروتیتانیوم
این ماده یک فروآلیاژی از آهن و تیتانیوم با 10-20٪ آهن و 45-75٪ تیتانیوم و گاهی اوقات مقدار کمی کربن است. لازم به ذکر است که تیتانیوم با گوگرد، کربن، اکسیژن و نیتروژن بسیار واکنش‌پذیر است و ترکیبات نامحلول را تشکیل داده و آنها را به سرباره خشک تبدیل می‌کند و از این نظر برای اکسید زدایی و گاهی گوگرد زدایی و نیتروژن زدایی در فرآیند تولید فولاد و چدن بسیار مثمر ثمر است. در ساخت فولاد، افزودن تیتانیوم، فلزی با ساختار دانه ریزتر تولید می‌کند.
لازم به توضیح است که مهم‌ترین کاربرد فرو تیتانیوم مربوط به استفاده در روند آلیاژسازی فولادها به ویژه ساخت قطعات حیاتی و همچنین تولید الکترودهای جوشکاری است. در واقع، به دلیل خواصی که فرو تیتانیوم دارد، استفاده از آن در روند تولید فولاد، موجب می‌شود که فولاد نهایی در برابر خوردگی بسیار مقاوم شود. و دقیقاً به دلیل همین خاصیت است که از فروتیتانیوم اغلب برای تولید فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود. علاوه‌بر این، این آلیاژ در روند ذوب حساس‌ترین فولادهای ساختاری به منظور اکسید زدایی و گاززدایی نهایی استفاده می شود. فروتیتانیوم برای ساخت الکترودهای جوشکاری نیز استفاده می‌شود.
به بیانی دیگر، از فرو تیتانیوم به طور گسترده برای آلیاژسازی فولاد، گاززدایی و اکسید زدایی آن استفاده می‌شود. مهم‌ترین مشخصه فولادهای حاوی فروتیتانیوم، خواص مکانیکی بسیار بالا است. شایان ذکر است که فروتیتانیوم، کربن را به کاربید تیتانیوم متصل می‌کند و به همین دلیل، جوش‌پذیری فولاد و مقاومت آن در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشد. علاوه‌بر این، پودر فروتیتانیوم می‌تواند به‌عنوان سوخت در برخی از ترکیبات پیروتکنیک استفاده شود. (آلومینا چیست؟)
ترکیب و عناصر سازنده
فرو تیتانیوم فروآلیاژی است که جزء اصلی آن تیتانیوم است. سایر عناصر شیمیایی آن، آلومینیوم، سیلیکون، کربن، فسفر، گوگرد، مس، تنگستن، مولیبدن، قلع است. در واقع، فروتیتانیوم از گروه فروآلیاژهایی است که برای آلیاژسازی و اکسید زدایی فولاد استفاده می‌شود و ترکیب این فروآلیاژ متشکل از 35 یا بیشتر از 60 درصد تیتانیوم، 1-7 درصد آلومینیوم، 1-4.5 درصد سیلیکون، تا 3 درصد مس، و باقی ترکیب نیز از آهن و سایر ناخالصی‌ها (همچون کربن، فسفر، گوگرد و …) است.
لازم به توضیح است که آلومینیوم، سیلیکون و مس در ترکیب، اجزای نامطلوب اما اجتناب‌ناپذیر هستند. در نظر داشته باشید که آلیاژهای حاوی 65 تا 78 درصد تیتانیوم از آلیاژ کردن ضایعات تیتانیوم یا اسفنج تیتانیوم با ضایعات فولاد در کوره‌های القایی به دست می‌آیند.
مزایا و خصایص
فرو تیتانیوم تولید شده بر اساس استانداردهای تکنولوژیکی تعیین شده، برای ساخت فولادهای ابزار با سرعت بالا استفاده می‌شود. مهم‌ترین مزایای فروتیتانیوم را می‌توان به این شرح ارائه داد:
- هزینه نسبتا کم
- نقطه ذوب کاهش می یابد.
- جذب تیتانیوم را تسهیل می کند.
- بهبود خواص مکانیکی آلیاژ
- بهبود خاصیت جوش پذیری تا حد زیاد
- افزایش خواص ضد خوردگی
همچنین این محصول به غیر کاربرد در صنعت فولاد در صنایعی دیگری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد که به شرح ذیل است:
- کاهش اکسیداسیون.
- تولید آهن‌های ضد زنگ در انواع گوناگون.
- بهره‌گیری در صنعت خودروسازی.
- کاربردی در جهت ساخت الکترود.
- به کارگیری در جهت از بین بردن نیتروژن و گوگرد در فلزات و ریخته‌گیری‌ها.
- افزایش قدرت حلالیت آهن در قیاس با آهن خالص.
- پایین آمدن خوردگی در آهن‌های استیل و ضد زنگ.
- ایجاد بالا رفتن اسقامت ابزارها در مقابل شکستگی.
- کاربردی در صنعت ساخت کشتی.
- ساخت کاربیدهای متنوع.
- کاربردی در صنعت هوایی.
نحوه ساخت
تولید فرو تیتانیوم به دو طریق صورت می‌گیرد. روش اول روش آلومینوترمیک خارج از کوره است که شامل ذوب کنسانتره ایلمنیت و ضایعات تیتانیوم است. خروجی این روند تولید، فروتیتانیومی با درصد تیتانیوم پایین است. روش دوم، همجوشی ضایعات آهن و تیتانیوم در یک کوره الکتریکی است که در نتیجه فروتیتانیومی با درصد بالای تیتانیوم تولید می‌شود. به بیانی دیگر، آلیاژی حاوی 20 تا 40 درصد تیتانیوم از کنسانتره ایلمنیت به روش آلومینوترمیک به دست می‌آید. در اینجا آلومینیوم به‌عنوان یک عامل احیا کننده آهن و تیتانیوم عمل می‌کند. در حالیکه فروتیتانیومی با محتوای 65 تا 78 درصد تیتانیوم، از آلیاژ کردن اسفنج تیتانیوم یا ضایعات تیتانیوم با ضایعات فولاد در کوره‌های القایی تولید می‌شود. در واقع، این فرو تیتانیوم با مخلوط کردن اسفنج و ضایعات تیتانیوم با آهن و ذوب آنها با هم در یک کوره القایی تهیه می‌شود. در نظر داشته باشید که قطعات فرو تیتانیوم نباید حاوی سرباره بوده و روی سطح و محل شکستگی قطعه، با ماسه و سایر مواد آلوده شده باشند! بلکه تنها وجود یک فیلم اکسیدی و آثاری از مواد نچسب مجاز است.
هدف‌های استفاده از این ماده
به لطف توسعه سریع متالورژی، امروزه صنعت مدرن فولاد انواع محصولات پیشرفته‌تری را تولید می‌کند. برای جذب بهتر مواد افزودنی مفید توسط فولاد مذاب، استفاده از فروآلیاژهای مختلف همچون فرو تیتانیوم در متالورژی مدرن انجام می‌شود. لازم به توضیح است که فروتیتانیوم یک آلیاژ میانی است. در ساخت فولاد ضد زنگ استفاده می شود. هنگامی که فروتیتانیوم به فولاد اضافه می شود، فولاد مورد نظر خواصی ویژه کسب کرده و در برابر خوردگی مقاوم می‌شود. هنگام آلیاژ کردن یک تن فولاد، مصرف تیتانیوم بسیار کمی در حدود 0.5-2 درصد مورد نیاز است. مهم‌ترین اهداف استفاده از فروتیتانیوم در متالورژی را می‌توان به صورت زیر ارائه داد:
- فروتیتانیوم در متالورژی برای اکسیدزدایی و آلیاژسازی فولادها و همچنین در تولید الکترودهای جوشکاری و قطعاتی با الزامات کیفی ویژه استفاده می‌شود.
- استفاده از تیتانیوم در تولید فولادهای ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت، دستیابی به کاربید تیتانیوم را ممکن می‌سازد، که در آن خواص بهبود بخش کربن به طور کامل آشکار می‌شود. در نتیجه، شاخص جوش‌پذیری و مقاومت به خوردگی آلیاژها به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
- تیتانیوم یک فلز بسیار نسوز است، بنابراین افزودن آن به کوره تولید فولاد به شکل خالص آن، مستلزم هزینه‌های انرژی بالا و مصرف زیاد مواد شارژ است.
- کاهش زمان ذوب، کاهش شدت انرژی فرآیند، صرفه جویی در مواد درگیر در تولید، بهبود کیفیت محصول نهایی را می‌توان از مهم‌ترین مزایای اضافه کردن فرو تیتاان ذونیوم به فرایند تولید فولاد دانست.
بررسی متغیرات تأثیرگذار بر قیمت فروتیتانیوم
عناصر موجود در این ماده بنابر میزان درصد تیتانیوم موجود در آن، طبقه‌بندی می‌شود. تیتانیوم نسبتاً میان ۶۵ الی ۷۵ درصد است که هر کدام از این درصدها دارای ویژگی و کارکرد مجزایی است که به همین موجب قیمت‌گذاری در این ماده می‌شود. البته دلایل دیگری هم سبب کاهش یا افزایش قیمت فروتیتانیوم می‌شود که می‌توان در مولفه‌های زیر صورت‌بندی کرد:
- نوع ماده
- کیفیت تولید
- کیفیت گرید
- نواسانات بازار ارز
همچنین یکی دیگر از متغیرهایی که می‌تواند بر قیمت این محصول تأثیرگذار باشد، جدول آنالیز این ماده است که بنابر میزان مواد به کابرده درون آن می‌توان قیمت را تعیین کرد. این جدول به شرح ذیل است:
آنالیز ترکیبات فروتیتانیوم روسیه
| Ti% | Si% | Al% | V% | Mn% | C% | P% | S% | Size | Origin |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ۷.۰ ـ ۷۵ | ۱.۰ max | ۰.۵ max | ۳.۰ max | ۰.۸ max | ۰.۴ max | ۰.۰۵ max | ۰.۰۵ max | ۱۰ ـ ۸۰ mm | Russia |
نتیجه‌گیری
این ماده یک عنصر مهم و پر کاربرد برای مواد و تجیهزاتی است که در حوزه‌های مختلف به ویژه حوزه آهن معدن به شمار می‌آید که می‌تواند با مزایای فراوانی که دارد بر عملکرد و سود سازمان تأثیر به سزایی می‌گذارد. این ماده در یک قالب کلی درون کلوخه‌هایی با حجم بالا که در بعضی مواقع وزن آن به ۲۵ کیلوگرم می‌رسد و سپس با استفاده از دستگاه‌ها و تجهیزات مورد نظر محصول را آسیاب کرده تا به حجم کوچک‌تری تغییر یابد و در پایان در بشکه‌های آهنی مخصوص دسته‌بندی شود.
